1、中图分类号：TP273+.5 论文编号：HBLH2014-393U D C： 密 级： 公 开 硕 士 学 位 论 文基于 SVM 回归的连铸钢水下渣辨识系统研究作者姓名：谢锦秋学科名称：控制工程 研究方向：检测技术及智能装置学习单位：河北联合大学 学习时间: 3 年 提交日期: 2013 年 12 月 9 日申请学位类别： 工程硕士导师 姓名：陈至坤 教授 单位：河北联合大学 电气工程学院王向武 高工 单位：河北广电信息网络集团唐山有限公司论文评阅人：匿 名 单位： 匿 名 单位： 论文答辩日期：2014 年 3 月 3 日 答辩委员会主席： 赵春祥 研究员 关 键 词：下渣检测； 重量检测
2、法；速度检测法；支持向量机回归 唐山 河北联合大学2014 年 3 月Research on SVM Regression System of Steel Liquid Continuous Cast SlagDissertation Submitted toHebei United Universityin partial fulfillment of the requirementfor the degree ofMaster of EngineeringbyXie Jinqiu（Control Engineering）Supervisor: Professor Chen ZhikunWa
3、ng XiangwuMarch, 2014独 创 性 说 明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河北联合大学以外其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名： 日期： 年 月 日关于论文使用授权的说明本人完全了解河北联合大学有关保留、使用学位论文的规定，即：已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以将
4、学位论文的全部或部分内容采用影印、缩印或编入有关数据库进行公开、检索和交流。作者和导师同意网上交流时间：自授予学位之日起自 年 月 日起作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日摘 要- I -摘 要在钢水连铸生产过程中，准确判断钢水连铸下渣时刻，对连铸生产具有极为重要的意义。目前，国内外主要采用的钢水连铸下渣自动检测方法有以下几种：电磁检测法、超声波检测法、称重自动检测方法和振动检测法。每一种下渣检测技术都有其相对的优点和缺陷，由此研究开发实用、造价较低、下渣时刻预报较准的新型智能钢水连铸下渣检测系统对连铸生产来说非常必要、非常紧迫。主要介绍了基于支持向量机技术的
5、钢水连铸下渣智能检测方法。在对国内外钢水连铸下渣检测技术深入分析和调查的基础上，提出了重量检测法和速度检测法相结合的基础上，运用支持向量机回归原理建立模型构建了钢水连铸下渣智能检测方案，MATLAB 仿真和测试结果表明，利用支持向量机回归的预测原理预测钢水连铸下渣时刻可以很好地达到预期目标。还介绍了钢水连铸下渣智能检测系统的软硬件设计和试验。由 Visual Basic 这款优秀的开发工具开发的上位机软件，实现对钢水连铸下渣智能检测系统的监控，能提高钢水连铸下渣时刻预报的可靠性和准确性。软件开发周期短，可维护性强。通过调试和测试，系统的软硬件设计均达到了预期的要求。图 37 幅；表 5 个；参
6、 76 篇。关键词：下渣检测；重量检测法；速度检测法；支持向量机回归分类号： TP273+.5 河北联合大学硕士学位论文- II -AbstractIt is very important for continuous casting production to accurately judge the time of slag. At present, domestic and international automatic slag detection methods mainly are automatic weight detection method, automatic elect
7、romagnetic detection method, ultrasonic auto-detection method, and auto-detection method based on vibration. However, these methods have significant flaws, so it is very necessary and urgent for continuous casting production to research and develop an intelligent detection system which is practical,
8、 low cost, and more accurate in forecasting slag time.The intelligent slag detection method, which is based on the SVM regression technology, is mainly introduced. Based on deep analysis and investigation of the internal and external slag detection technology and combining weight test method and spe
9、ed test method, the intelligent slag detection system which is base on prediction principle of LS-SVM regression technology, is put forward in this paper. The results of MATLABs simulation and testing show that the intelligent detection system can well achieve the anticipated requirement.The design
10、and test of software and hardware of the intelligent system of slag detection is also introduced. The software of host computer, which is developed by Visual Basic which is an excellent development tool, can monitor the intelligent slag detection system and improve the accuracy and reliability of th
11、e intelligent detection system. The software is adopted which can shorten development period and make it easy to be rebuilt. The designs of the software and hardware of the system can well achieve the anticipative requirement by debugging and testing.Figure37; Table5; Reference 76Keywords: slag dete
12、ction, weight test method, speed test method, SVM regression Chinese books catalog: TP273+.5目 次- III -目 次引 言 .1第 1 章 绪论 .21.1 研究开发钢水下渣检测系统的背景和意义 .21.2 国内外钢水下渣检测技术研究现状及比较 .31.2.1 钢水连铸下渣检测方法的研究现状 .31.2.2 钢水连铸下渣检测方法的研究现状 .41.2.3 国内外钢水连铸下渣检测方法的应用现状 .111.3 本文的研究目标 .13第 2 章 钢水连铸下渣智能检测系统原理 .152.1 钢水连铸下渣智能检
13、测原理和方法 .152.1.1 钢水连铸下渣智能识别原理 .152.1.2 钢水连铸下渣智能检测方法 .152.1.3 钢水连铸下渣智能检测系统的优点 .162.2 钢水连铸下渣智能检测系统技术方案 .162.3 钢水连铸下渣智能辨识检测系统的数据采集系统原理 .18第 3 章 基于支持向量机回归的智能检测系统设计与仿真 .203.1 支持向量机 .203.2 统计学理论基础 .213.2.1 结构风险最小化 .213.2.2 支持向量机回归理论 .223.2.3 核函数 .253.3 工具箱结构功能简介 .26SVMlabL3.4 基于 LS-S VM 的辨识模型建立 .283.4.1 核函
14、数选择 .283.4.2 模型参数的选择 .293.4.3 LS-SVM 模型的建立 .29第 4 章 基于 SVM 的钢水下渣智能辨识系统实现 .354.1 Visual Basic 编程语言 .35河北联合大学硕士学位论文- IV -4.2 智能检测系统的硬件实现 .374.2.1 模块技术性能 .374.2.2 钢水下渣数据采集系统物理结构 .394.2.3 钢水连铸下渣智能检测系统的数据采集系统物理结构 .404.3 智能检测系统的软件实现 .414.3.1 大包浇注工艺的软件分析 .414.3.2 智能检测系统的程序流程图 .434.4 钢水连铸下渣智能检测系统数据采集分析 .454
15、.4.1 数据采集和数据分析程序结构 .454.4.2 数据的实验采集与前期系统调试 .454.4.3 数据采集相关运行界面 .46结 论 .49参考文献 .50致 谢 .55导师简介 .56作者简介 .57学位论文数据集 .58引 言- 1 -引 言连铸技术是应用最为广泛的冶金技术之一，它在提高铸件质量和成材率，减少铸件夹杂物，提高生产效率，减少能源消耗等方面具有很好的应用价值。我国的CCR（ continuous casting ratio）为 94.8%，超过世界平均水平，然而，我国钢铁质量较低，出口钢材也是以低附加值的普通钢材为主，而用于精密机械、仪表以及轿车的高质量钢材基本依靠进口。
16、提高我国钢铁企业的连铸生产工艺水平与竞争能力就显得尤为迫切。 连铸下渣检测技术（slag carry-over detection technology，SCDT）是通过对钢包浇注后期钢水状态的有效识别，防止钢渣下流控制钢水的纯净度，提高铸件质量与钢水收得率的重要手段。连铸钢包下渣检测技术是现代连铸生产的关键技术，也是钢水质量保证的关键技术。钢包下渣识别系统基于现有连铸生产检测参数，采用软测量技术及智能预报模型，对下渣时刻进行准确预报，从而防止钢包过量下渣，提高钢水纯净度及收得率。只有在钢水连铸下渣的生产过程中分析临界卷渣条件，使大包液面不低于临界液面，才能有效避免钢水卷渣和二次氧化，对连铸大
17、包钢水液面进行自动检测，判定浇铸后期钢包下渣，及时优化关闭滑动水口，减少钢渣进入中间包，连铸钢包下渣检测与控制系统真正实现了无人操作全自动运行，改善工人的工作环境，提高生产效率，获得更高的钢水收得率和钢水纯净度。国内外对钢水连铸下渣检测技术都进行了大量的研究，比较成熟的钢水连铸下渣自动检测方法有：称重自动检测方法、电磁自动检测方法、超声波自动检测方法和基于振动的自动检测方法。称重自动检测方法的惯性较大，误差较大；电磁自动检测系统的电磁线圈处于高温环境，其一次投资和日常维护费用都很高；超声波自动检测系统的超声波探头处于高温环境，该系统的制造和使用费用都很高；基于振动的自动检测系统的振动信号获取和
18、处理比较困难，误报率较高，该系统还需要进一步完善。 课题结合宣钢实际问题和要求，着眼于钢水连铸下渣时刻的准确判断，利用SVM 技术对钢水连铸下渣时刻进行辨识和预报，结合 VB 编程软件实现对钢水连铸下渣智能检测系统的监控，从而提高了钢水连铸下渣时刻预报的可靠性和准确性。河北联合大学硕士学位论文- 2 -第 1 章 绪论1.1 研究开发钢水下渣检测系统的背景和意义在钢水连铸过程中，准确实用的钢包下渣检测方法可以提高钢水纯净度，提高铸坯质量，得到全世界钢铁冶金的重视，已开发的下渣检测方法主要有：基于称重原理的称重自动检测法，基于电磁感应的电磁检测法，基于钢水冲击产生振动的振动检测法，还有基于图像的
19、红外检测法，超声波检测法等。称重自动检测法是在水口开度一定情况下，由称重传感器和计算机系统完成下渣检测，此系统要求传感器的量程大、分辨率高、抗干扰等力强；电磁检测法需要将线圈埋于钢包座砖出口附近，需要对所有的钢包进行改造，另外传感器线圈位于出口附近，周围环境温度比较高，传感器的使用寿命将会缩短；超声波检测法中超声波探头的工作环境比较恶劣，工作温度高达 700800,制造和使用的费用都较高，目前还处于研制阶段；振动检测方法中由于环境振动干扰因素对振动传感器的精确度影响较大，该方法正处于实验性探索开发研究阶段。其中只有电磁检测方法发展成熟些，其他方法还处在探索研究阶段，但由于电磁检测方法价格昂贵、
20、维护费用高且需在钢包底部安装部件，致使其推广和应用受到很大限制，只有少数钢铁企业正在尝试性接受该方法。因此研究开发简便实用、造价低廉且不需增加任何硬件、免维护的新型钢包下渣检测和识别方法，对企业生产具有及其重要的意义。连铸技术是目前钢铁生产中应用最为广泛的冶金技术之一。许多钢厂对钢包浇铸末期和中间包液位过低时下渣的危害性缺乏足够的认识，加上片面追求提高钢水收得率，在中间包容量小和钢水液位低的情况下，使得钢包下渣量过大，钢渣被卷入铸坯形成夹渣，严重降低了钢的洁净度 1, 2。只有在钢水连铸下渣的生产过程中分析临界卷渣条件，使大包液面不低于临界液面，才能防止钢水受到污染 3。为了减少钢水氧化，有效避免钢水卷渣和二次氧化，大包是“不可视”的，钢水铸流也是“不可视”的 4，在钢包浇注接近终了时，为了控制钢包下渣进入中间包，很多钢厂采用提前拆去长水口，通过人工肉眼观察钢水和钢渣的颜色的方法来判断是否下渣。例如，例如，约装 100 吨钢水的大包浇铸过程大约要 45 分钟左右，一般提前 8分钟就要拆下长水口，钢水在这段时间内会形成二次氧化 5；如果要求保证钢水收得率，必然造成过迟地关闭水口，大包中的钢渣就会流入中间包，造成坯壳中形成“夹渣”现象，使产品质量降级，甚至报废 6。靠肉眼检测钢水下渣，如果要求保
