基于魯棒學(xué)習(xí)的精軋寬展及拉窄綜合預(yù)報(bào).doc

基于魯棒學(xué)習(xí)的精軋寬展及拉窄綜合預(yù)報(bào)本文由zhangli_528貢獻(xiàn) pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 年第期 寶鋼技術(shù) 基于魯棒學(xué)習(xí)的精軋寬展及拉窄綜合預(yù)報(bào) 呂立華，張健民，朱健勤，侯悅 （寶鋼股份公司 技術(shù)中；設(shè)備部，上海） 摘要：分析了遺傳系數(shù)學(xué)習(xí)時(shí)所遇到的問題，提出了魯棒學(xué)習(xí)的概念和方法；以熱軋 精軋自然寬展為倒，指出了現(xiàn)有精軋自然寬展模型的不足，提出了精軋寬度變化預(yù)測(cè)的統(tǒng)計(jì)模 型，并基于遺傳系數(shù)魯棒學(xué)習(xí)方法進(jìn)行了仿真研究。研究結(jié)果表明，文章提出的方法是行之有 效的。 關(guān)鍵詞：遺傳系數(shù)；魯棒學(xué)習(xí)；自然寬展；綜合預(yù)報(bào) 中圖分類號(hào)：，文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：（） 船 工口胙口，黝脅小帆日肺咖日， （舯 鲆， 曲） ：打 “ 上五 璐 “ 印 “ 陀 “ “ 。叩 。 “ ： ； ； ； 弛 前言 誤差和系統(tǒng)誤差；第四個(gè)問題是粗軋段同時(shí)可能 有多塊帶鋼存在，要考慮學(xué)習(xí)結(jié)果利用的時(shí)機(jī)問 題。 吼上四個(gè)問題的解決跟數(shù)據(jù)的使用密切相 關(guān)，為了提供一個(gè)穩(wěn)健的遺傳系數(shù)學(xué)習(xí)方法，本文 從數(shù)據(jù)人手，提出魯棒學(xué)習(xí)的概念；分析了以上四 個(gè)問題對(duì)學(xué)習(xí)魯棒性的影響，提出了相應(yīng)的解決 辦法，并通過推理決策的方式給出了魯棒學(xué)習(xí)算 法；分析了現(xiàn)有精軋自然寬展模型的不足，提出了 精軋寬度變化的統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)模型；最后基于遺傳系 數(shù)魯棒學(xué)習(xí)方法，研究了精軋寬度變化的預(yù)測(cè)，結(jié) 果表明本文提出的方法是正確的、可行的。 遺傳系數(shù)魯棒學(xué)習(xí) 遺傳系數(shù)學(xué)習(xí)方法有兩類，一是對(duì)應(yīng)平移變 換的加性學(xué)習(xí)方法，二是對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)變換的乘性學(xué) 習(xí)方法。本文主要以加性學(xué)習(xí)方法為例，其定義 遺傳系數(shù)學(xué)習(xí)是一種工程實(shí)際中簡化的自適 應(yīng)學(xué)習(xí)方法，其理論基礎(chǔ)是統(tǒng)計(jì)學(xué)。這就要求用 于學(xué)習(xí)的樣本能夠代表總體，要符臺(tái)統(tǒng)計(jì)學(xué)的基 本規(guī)律?？刂评锏淖赃m應(yīng)學(xué)習(xí)對(duì)噪聲有要求，即 要考慮學(xué)習(xí)的收斂性問題。而熱軋過程機(jī)里的自 適應(yīng)學(xué)習(xí)有所不同，首先它用到的數(shù)據(jù)已經(jīng)過前 置機(jī)統(tǒng)計(jì)處理，另外它把傳統(tǒng)的自適應(yīng)方法（新參 數(shù)估計(jì)值老參數(shù)估計(jì)值增益矩陣新息）簡 化為遺傳系數(shù)學(xué)習(xí)，所以應(yīng)該把考慮問題的重點(diǎn) 放在樣本數(shù)據(jù)的利用上。第一個(gè)問題是前置機(jī)對(duì) 測(cè)量值的平均化處理不是魯棒的，它的污染崩潰 率為；第二個(gè)問題是學(xué)習(xí)時(shí)要考慮帶鋼和帶鋼 之間的規(guī)律性；第三個(gè)問題是學(xué)習(xí)時(shí)要考慮模型 呂立華博士年生年畢業(yè)于浙江太學(xué)現(xiàn)帆事訂 算機(jī)自動(dòng)化專業(yè)電話卵 萬 方數(shù)據(jù) 寶鋼技術(shù) 年第期 如下： 定義：加性學(xué)習(xí)方法 后計(jì)算值和實(shí)際值的偏差為： （），（）一，（，盧，；川 設(shè)預(yù)汁算模喇為（。，盧，；），后汁箅 模型為，【， ；一），模型實(shí)測(cè)值為， 甑甑。占，（） 式中，是平滑系數(shù)。 則加性學(xué)習(xí)方法是： （”），其中參數(shù)，是估計(jì)值，參數(shù)， 口，是實(shí)際值，代表帶鋼號(hào)，那么模型 ，。（。，盧，；）；，（，盧，；）恥。 （ ，；），（， ，；，），。 定義用到了實(shí)際值和估計(jì)值，這些數(shù)據(jù)的 作用是不一樣的，要醫(yī)別對(duì)待。有些數(shù)據(jù)是有效 的、有些數(shù)據(jù)是可用的、有些數(shù)據(jù)是有害的。為了 合理利用數(shù)據(jù)提供的信息，本文提出魯棒學(xué)習(xí)的 概念，其定義如下： 一；”（ 上述式中。分別是實(shí)測(cè)值、預(yù)計(jì)算值和 后計(jì)算值。 則利用后計(jì)算對(duì)模型進(jìn)行學(xué)習(xí)而使實(shí)際值與 預(yù)計(jì)算值的誤差是： ，。一一一，廠。一，。） ? ） 定義：能夠充分利用有效數(shù)據(jù)、限制利用可 用數(shù)據(jù)、排除有害數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，稱為魯棒學(xué)習(xí)。 魯棒學(xué)習(xí)力求達(dá)到以下目標(biāo)： （）遺傳學(xué)習(xí)方法在數(shù)據(jù)有效時(shí)，應(yīng)具有良好 的性能。 式（）是不確定性在誤差空間的分解。式中， ：是模型不確定性引起的誤差；旬是輸人參數(shù)不 確定性引起的誤差，也叫系統(tǒng)誤差。 魯棒學(xué)習(xí)方法既要消除模型誤差，叉要盡可 能消除系統(tǒng)誤差，提高預(yù)測(cè)精度。達(dá)到這個(gè)目的 的一個(gè)簡單方法是采用目標(biāo)值或預(yù)計(jì)算值與實(shí)測(cè) 值進(jìn)行比較。 第四個(gè)問題是粗軋段同時(shí)可能有多塊帶鋼存 在，要考慮學(xué)習(xí)結(jié)果利用的時(shí)機(jī)問題，不考慮滯 后學(xué)習(xí)的累積效應(yīng)，就會(huì)引起系統(tǒng)的震蕩。對(duì)于 定義給出的加性遺傳學(xué)習(xí)方法而言，它是指沒 有時(shí)滯的情況。這里我們假設(shè)學(xué)習(xí)有塊帶鋼 的滯后，為了簡化分析，不妨假設(shè)連續(xù)軋制 塊完全相同的理想帶鋼，考慮最壞情況】， 那么第塊帶鋼學(xué)習(xí)的調(diào)節(jié)量為 廠（）， 而按照我們的假設(shè)它只應(yīng)該調(diào)節(jié)（），這就 是滯后學(xué)習(xí)的累積效應(yīng)。魯棒學(xué)習(xí)方法考慮了這 種情況，假設(shè)（?）是學(xué)習(xí)的時(shí)滯度量算子，它根 據(jù)具體情況確定，其值指導(dǎo)平滑系數(shù)的選擇。 綜合以上分析，可把考慮了模型誤差與系統(tǒng) 誤差的遺傳系數(shù)魯棒學(xué)習(xí)方法表述為一個(gè)基于三 元組（，）的決鑲過程。 設(shè)為規(guī)則集：，。，。 ?（、 （）遺傳學(xué)習(xí)方法在數(shù)據(jù)可用時(shí)，學(xué)習(xí)效果所 受影響也很少。 （）遺傳學(xué)習(xí)方法在數(shù)據(jù)有害時(shí)，學(xué)習(xí)效果要 仍能過得去，或不至于變得無用甚至誤入歧途。 影響遺傳系數(shù)學(xué)習(xí)魯棒性的，主要是第節(jié) 列出的四個(gè)問題，它們都和數(shù)據(jù)有關(guān)，下面給予簡 要分析。 第一個(gè)問題就是實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)噪聲的干擾問題。 一般都假設(shè)是白噪聲干擾，而實(shí)際情況往往是一 部分是白噪聲，另一部分不是白噪聲。如果是自 噪聲那么目前應(yīng)用的數(shù)據(jù)處理方法是有效的。 本文考慮實(shí)際情況，應(yīng)用魯棒數(shù)據(jù)處理方法，這 里不妨假設(shè)，（?）為測(cè)量數(shù)據(jù)魯棒處理算予。 第二個(gè)問題就是要考慮帶鋼和帶鋼之間的規(guī) 律性。涉及的數(shù)據(jù)是策略數(shù)據(jù)，用于度量臨近帶 鋼的規(guī)格變化，以便于在換規(guī)格時(shí)平滑過渡，這里 假設(shè)皿（?）為帶鋼規(guī)格變化度量算子。 第三個(gè)問題是要考慮模型誤差和系統(tǒng)誤差。 按定義給出的加性學(xué)習(xí)方法存在學(xué)習(xí)的邏輯穩(wěn) 定性和收斂精度問題。下面分析一下由于估計(jì)值 和實(shí)際數(shù)據(jù)的差異而引起的誤差。設(shè)： 。，（。，；），。（口，一；）（） ?。一，。（） 。一，口。?（） 定義一個(gè)指標(biāo)集，：，。，則與式（）對(duì)應(yīng)的 規(guī)則模態(tài)為： 萬 方數(shù)據(jù) 呂立華等 ：）（） 基于魯棒學(xué)習(xí)的精軋寬展及拉窄綜合預(yù)報(bào) 增益系數(shù)，。為寬展實(shí)際值，。為模型計(jì)算的寬 展。 利用式（）進(jìn)行預(yù)測(cè)和學(xué)習(xí)時(shí)，沒有很好地 ：（。） ：（。） ：（） ：（?）。 氐：（） ，：（?） 日：（?） 解決本文在第節(jié)提出的四個(gè)問題，而且。的 確定在認(rèn)識(shí)上是有問題的。因?yàn)槭剑ǎ╊A(yù)測(cè)的是 精軋自然寬展，而形。（精軋寬度一粗軋寬度）只有 在無拉窄的情況下才代表寬展，在實(shí)際中想通過 甲。確定真正的寬展是困難的。 其中。（?）為測(cè)量數(shù)據(jù)魯棒處理算子；：（?） 為系統(tǒng)時(shí)滯度量算子；（?）為規(guī)格變化度量算 子；。（?）為歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)算子。 學(xué)習(xí)算子集為：妒審，審，審，母（） 另外，寬展全局修正是通過精軋寬度設(shè)定值 與精軋寬度實(shí)測(cè)值比較而得出的，即： （）（）（） ?（） 式中口為遺傳學(xué)習(xí)算子；口為保持學(xué)習(xí)算 在計(jì)算寬展全局修正時(shí)，通過如下的方程來 計(jì)算可信區(qū)間對(duì)阻尼參數(shù)的影響。 子；母，為復(fù)合學(xué)習(xí)算子；吼為變?cè)鲆鎸W(xué)習(xí)算子。 推理規(guī)則集為： 訓(xùn)，訓(xùn)，訓(xùn)，訓(xùn) ?（） 則與式（）對(duì)應(yīng)的推理規(guī)則為： ：廬 廿（） ：妒（） 麗器：；） 式中，全局寬展修正的最大阻尼系 數(shù)； 鷴精軋帶鋼寬度的可信區(qū)間； 可信區(qū)間的加權(quán)系數(shù)（對(duì)一個(gè)最 壞的可信區(qū)間，它引起最大可能的阻尼）； 精軋帶鋼寬度實(shí)測(cè)值； 精軋帶鋼寬度人口值； 寬展綜合修正； 對(duì)綜合修正的阻尼參數(shù)。 利用式（）進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)，同樣存在影響遺傳 學(xué)習(xí)魯棒性的四個(gè)問題，另外一個(gè)明顯的問題是 式（）的學(xué)習(xí)與式（）的學(xué)習(xí)是相互耦合的。目 前的系統(tǒng)把設(shè)置為，保留了式（）的學(xué) 習(xí)。但是效果并不理想。 （）精軋寬度變化預(yù)測(cè)的統(tǒng)計(jì)模型 筆者認(rèn)為精軋寬度的變化既有寬展又有拉 窄，單靠式（）給出的模型及其學(xué)習(xí)方法，很難有 滿意的精度。考慮到寬展與拉窄的信息埋藏在過 程數(shù)據(jù)之中，提出了基于遺傳系數(shù)魯棒學(xué)習(xí)的精 軋寬度變化統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)模型。 設(shè)，（）為時(shí)刻的寬度變化實(shí)際 值，（）為時(shí)刻以前寬度變化的平均值，則精 軋寬度變化遞推預(yù)報(bào)模型為： 加（七）訓(xùn)（）占陽（）一（）（） 川：聲聲九皿?一（） ：蘆口（】） 精軋寬展殛拉窄魯棒預(yù)測(cè) 模型研究與分析 以加熱軋精軋自然寬展預(yù)測(cè)為例研究基 于魯棒遺傳學(xué)習(xí)的精軋寬度變化預(yù)測(cè)模型。 （）精軋自然寬展模型 。，（計(jì)），（），（）?（） 式中，（”）精軋帶鋼寬度對(duì)精軋寬展的影響 因子，廠（）訓(xùn)，為 寬度系數(shù)； 廠（精軋帶鋼厚度對(duì)精軋寬展的影響 因子，（） ，為厚度 系數(shù)； ，（）精軋厚度壓下對(duì)精軋自然寬展影 響因子，（）耽，。為精軋厚度壓下對(duì) 精軋自然寬展影響常數(shù)，為精軋厚度相對(duì)總壓 下率，（一）口，村為粗軋帶鋼厚度（含系統(tǒng) 厚度人工修正），為精軋目標(biāo)厚度； 。寬度自適應(yīng)系數(shù)；。蜀 式中，為增益，（）一；（女）可以視為新息。 定理：當(dāng)（）時(shí)，式（）是精軋寬度變 化觀測(cè)值蟣（江，）期望的無偏估計(jì)。 證明：將（）帶入式（）有： 書一“），“為新老自適應(yīng)系數(shù)，為 萬 方數(shù)據(jù) 寶鋼技術(shù) （十）（一）（女）療?（） 年第期 南佩）南州川 因?yàn)橛?xùn)（七）：“（）；所以有： （）：?毒州）點(diǎn)州） 南善（）（ 可見定理成立， 仿真研究 式（）遺傳系數(shù)的學(xué)習(xí)采用加性方法，但不 區(qū)分后汁算和預(yù)計(jì)算，同時(shí)結(jié)合式（）的魯棒 學(xué)習(xí)，考慮了異常值干擾、時(shí)滯、換規(guī)格等問題，同 時(shí)還仿真說明了系統(tǒng)誤差對(duì)模型預(yù)測(cè)的影響。筆 者應(yīng)用實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真研究，結(jié)果如圖 所示（其中縱坐標(biāo)是寬展，橫坐標(biāo)是帶鋼數(shù)，虛線 為仿真結(jié)果，實(shí)線為實(shí)測(cè)值）。 羞 斟 型 粥 辭 耀 篁 制 型 撼 辭 蜒 帶鋼數(shù) 圖基于統(tǒng)計(jì)模型的一步預(yù)測(cè) ?。畔州 帶鑭數(shù) 圖基于統(tǒng)計(jì)模型的魯棒預(yù)測(cè) 帶銅鼓 目 圍無系統(tǒng)誤差的一步預(yù)測(cè) 。 圖是無系統(tǒng)誤差的情況，圖是有系統(tǒng)誤 山 日 差的情況，對(duì)比是明顯的，進(jìn)一步說明本文式（ ）的分析是有道理的。圖是結(jié)合統(tǒng)計(jì)模型的一 步預(yù)測(cè)，它沒有考慮數(shù)據(jù)的局部作用原理，有些地 方發(fā)生了跳變。圖是魯棒學(xué)習(xí)方法，從圖 和表給出的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，圖的方法實(shí) 現(xiàn)了魯棒學(xué)習(xí)方法要達(dá)到的三個(gè)目標(biāo)，也表明筆 者提出的魯棒遺傳學(xué)習(xí)方法是行之有效的。 結(jié)語 長期以來，模型的學(xué)習(xí)問題一直是困擾工程 技術(shù)人員的一個(gè)難題。不管是用統(tǒng)計(jì)方法建立的 模型還是用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)建立的模型，都涉及一個(gè) 帶銅數(shù) 在線的自適應(yīng)學(xué)習(xí)問題。一個(gè)突出的問題是，離 線模型的效果還可以，在線應(yīng)用一段時(shí)間效果就 船 圖有系統(tǒng)誤差的一步預(yù)測(cè) 。 無法保證了。所以這樣的模型如果沒有一個(gè)在線 （下持第酉） 萬 方數(shù)據(jù) 劉 安不銹鋼冷軋全崖續(xù)線與傳統(tǒng)線的比較 ，產(chǎn)能損失相當(dāng)大。 構(gòu)用管材、工業(yè)用管材、汽車排氣管等。國內(nèi)用戶 的使用習(xí)慣與歐美有差異，歐洲、美國小銹鋼市場(chǎng) 的伶軋產(chǎn)品平均厚度接近于 （）只能生產(chǎn)奧氏體及少量鐵素體不銹鋼，厚 度日前最薄只能達(dá)到 ，且不能生產(chǎn)高表面 要求的產(chǎn)品，對(duì)市場(chǎng)適應(yīng)性較差，品種、規(guī)格較單 一，生產(chǎn)組織靈活性較低，生產(chǎn)批量要求較大。 （）風(fēng)險(xiǎn)高于傳統(tǒng)線，投資回收率在建設(shè)開始 的前年要差于傳統(tǒng)線。 （）因?yàn)檫B續(xù)線可達(dá)到的最大壓下率?。▕W氏 體約，鐵素體約倔），對(duì)熱軋卷的厚度要求 更薄，使熱軋成本增加，因壓下率小也會(huì)使冷軋產(chǎn) 品的沖壓性能有所下降。 （）取消軋前退火工藝和帶氧化皮軋制技術(shù) 對(duì)熱軋工藝的要求高。 （）在連續(xù)線上如鋼卷出現(xiàn)缺陷卷將無法處 理，而傳統(tǒng)線可以由修磨機(jī)組研磨后再軋制成更 薄規(guī)格的產(chǎn)品。因此上連續(xù)線的公司也往往擁有 傳統(tǒng)線。 連續(xù)線需進(jìn)一步研究的幾項(xiàng)工作 連續(xù)線在產(chǎn)能、噸鋼投資上有優(yōu)勢(shì)，但如要應(yīng) 用，要先對(duì)以下幾項(xiàng)工作進(jìn)行進(jìn)一步研究落實(shí)： （）取消軋前退火技術(shù)的研究。 （）帶氧化皮軋制技術(shù)的研究。 （）由于連續(xù)線的產(chǎn)量高且出品太鋼種、規(guī) 格范圍集中，產(chǎn)品的表面質(zhì)量相對(duì)較差。按照目 前已投產(chǎn)的幾條連續(xù)線的產(chǎn)品，主要用于建筑結(jié) ，而國內(nèi)市場(chǎng)的 平均消費(fèi)厚度小于 。國內(nèi)市場(chǎng)是否有足夠 的需求量？要進(jìn)行市場(chǎng)的進(jìn)一步調(diào)查與研究。 （）熱卷來料的質(zhì)量要保證穩(wěn)定。 幾點(diǎn)不成熟的建議 （）若采用全連續(xù)機(jī)組，傾向于法國的技術(shù)， 理由有二： ）東方市場(chǎng)對(duì)表面的要求高于西方市場(chǎng)； ）連續(xù)線對(duì)原料要求極高，如熱軋?jiān)腺|(zhì)量 不穩(wěn)定就難以滿足連續(xù)線的要求。 （）迅速集中精干力量邊培訓(xùn)學(xué)習(xí)、邊研究、 邊籌備。人員可分兩部分： ）從事不銹鋼生產(chǎn)或研究的人員； ）從事過全連續(xù)普碳鋼冷軋的人員。 （）連續(xù)線的生產(chǎn)工藝難度大，技術(shù)復(fù)雜，為 減少風(fēng)險(xiǎn)，可向擁有成熟經(jīng)驗(yàn)的廠家購買工藝技 術(shù)。但如與其進(jìn)行合資并得到其技術(shù)支撐較為 妥當(dāng)。 總之，全連續(xù)生產(chǎn)線有優(yōu)勢(shì)，但要變成現(xiàn)實(shí)， 時(shí)間可能稍長，具有一定難度和風(fēng)險(xiǎn)。 編輯劉宏娟 改穡日期一 。：；：；二二：二：；：二：；：；一：一：；：二；二：；二；一：二： （上接第頁） 的學(xué)習(xí)機(jī)制做保證，就很難在實(shí)際中應(yīng)用。 表一步預(yù)測(cè)和二步預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果 叫 。 腫 本文提出的遺傳系數(shù)魯棒學(xué)習(xí)方法具有一定 的優(yōu)越性，其部分結(jié)論在寶鋼粗軋過程機(jī)改 造中得到應(yīng)用，在一定程度上提高了系統(tǒng)的魯棒 性和模型的計(jì)算精度。本文基于遺傳系數(shù)魯棒學(xué) 習(xí)方法，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)模型，對(duì)精軋寬展及拉窄預(yù)報(bào)進(jìn) 行仿真研究，結(jié)果表明，本文提出的方法是有效 的、可行的。 參考文獻(xiàn) 忸 叫 聽，： 編輯馬凱利 改稿日期：一一） 萬 方數(shù)據(jù) 基于魯棒學(xué)習(xí)的精軋寬展及拉窄綜合預(yù)報(bào) 作者： 作者單位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次數(shù)： 呂立華， 張健民， 朱健勤， 侯悅 呂立華,張健民(寶鋼股份公司技術(shù)中心,上海,201900)， 朱健勤,侯悅(寶鋼股份公司設(shè)備部 ,上海,201900) 寶鋼技術(shù) BAOSTEEL TECHNOLOGY 2004，(1) 0次 參考文獻(xiàn)(1條) 1.Huber PJ Robust Statistics 1981 相似文獻(xiàn)(1