多尺度熵在高爐煉鐵復(fù)雜性研究中的應(yīng)用.pdf

1、鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，也是大量消耗能源的產(chǎn)業(yè)。在當(dāng)今的信息化時(shí)代和低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代，鋼鐵工業(yè)的節(jié)能減排倍受社會(huì)關(guān)注.而高爐煉鐵作為鋼鐵生產(chǎn)體系中的上游重要環(huán)節(jié)，其工藝流程長(zhǎng)，涉及工序眾多，影響參數(shù)錯(cuò)綜復(fù)雜，運(yùn)行機(jī)制具有非線性、大時(shí)滯、高噪聲、分布參數(shù)等特性。高爐生產(chǎn)過(guò)程的工藝機(jī)理，涉及化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、三相流體動(dòng)力學(xué)等物理化學(xué)過(guò)程，其復(fù)雜性涉及到了微觀、宏觀等不同的層次和尺度。這些不同的層次和尺度常常受不同的控制機(jī)制作用，需要分別

2、加以處理，才能夠深刻揭示冶煉過(guò)程的復(fù)雜規(guī)律。
　　 對(duì)于高爐復(fù)雜性的研究多是停留在定性分析階段上，并沒(méi)有相應(yīng)的定量分析來(lái)準(zhǔn)確刻畫(huà)高爐煉鐵過(guò)程的復(fù)雜性。多尺度熵方法是多尺度分析方法和樣本熵分析方法的結(jié)合，是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域興起的用于病理復(fù)雜性比較從而診斷病情的成功方法。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多尺度分析能夠在不同尺度上研究時(shí)間序列的優(yōu)點(diǎn)，把握住其宏觀與微觀的趨勢(shì)，從而更好地把握數(shù)據(jù)的特性；樣本熵是復(fù)雜性的一個(gè)度量方法，經(jīng)過(guò)對(duì)近似熵的改進(jìn)，樣本熵在理論

3、上是無(wú)偏的，在實(shí)際中又減少了一半的計(jì)算量，對(duì)短的含噪聲的數(shù)據(jù)非常有效。
　　 考慮到高爐煉鐵過(guò)程的復(fù)雜性，不論是從內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，還是從外界環(huán)境人為干預(yù)來(lái)講，高爐產(chǎn)生的時(shí)間序列都存在著不同的時(shí)間尺度。基于此考慮，論文采取了多尺度熵分析方法分別對(duì)萊鋼高爐和包鋼高爐的硅序列和硫序列進(jìn)行了分析。論文先是對(duì)四組時(shí)間序列進(jìn)行了多尺度的分解，每一組序列得到了10個(gè)子序列，然后針對(duì)每一個(gè)子序列計(jì)算了樣本熵，這樣對(duì)每組序列建立了多尺度熵。得到

4、上述結(jié)果之后，便可以展開(kāi)一系列的工作。首先是高爐煉鐵過(guò)程復(fù)雜性的比較，通過(guò)比較原始尺度與子尺度的樣本熵，可知多尺度分析可以降低數(shù)據(jù)分析復(fù)雜度；通過(guò)比較同一高爐內(nèi)的硅序列的熵值與硫序列的熵值，可以知道事實(shí)上硅序列是要比硫序列更復(fù)雜的，這與實(shí)際生產(chǎn)中的認(rèn)識(shí)不同，說(shuō)明多尺度可以為實(shí)際生產(chǎn)提供更多的信息甚至新的視角來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)；通過(guò)比較不同高爐之間的硅序列的樣本熵與硫序列的樣本熵在，可知小高爐是要比大高爐更復(fù)雜的，這樣通過(guò)定量分析驗(yàn)證了實(shí)際中的結(jié)

5、論。綜上所述，對(duì)高爐煉鐵過(guò)程中的時(shí)間序列中采用多尺度熵比較分析的方法總是會(huì)給實(shí)際分析帶來(lái)更多的收獲，要么是對(duì)老問(wèn)題的新思考，要么是對(duì)舊結(jié)論的新論據(jù)，對(duì)于實(shí)際的生產(chǎn)具有重要的意義。論文在利用多尺度熵進(jìn)行復(fù)雜性比較外，還對(duì)高爐過(guò)程中的重要參數(shù)硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)序列[Si]作了基于多尺度熵的簡(jiǎn)單預(yù)測(cè)。論文采用了自回歸AR線性模型和一階混沌非線性模型在原始尺度與子尺度上分別進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并利用多尺度熵對(duì)不同的模型之間進(jìn)行了耦合，發(fā)現(xiàn)利用多尺度模型更能捕捉