CN114896900B - 一种目标跟踪*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种目标跟踪***,包括:关键变量获取模块、多元特征获取模块、目标的运行状态确定模块和目标跟踪预测模块,通过将该关键变量分为底层设备层、运行过程层和计划指标层;对多个相关变量进行分析,提取其状态特征,对存在的异常特征进行筛选处理,制定状态跟踪策略,融合多元特征建立目标状态检测模型,实时跟踪在炉体内动态变化的目标。基于跟踪信息,建立目标到各炉段出口等位置的预测模型,预测进出各炉段的时间。通过融合多时空层级参数的序列特征,共同决策并跟踪连续退火过程中目标带钢的实时位置,建立目标带钢到各关键位置的预测模型,为后续过程建模及***控制奠定基础。
Description
技术领域
本发明涉及退火加热技术领域,尤其涉及一种目标跟踪***。
背景技术
连续退火加热过程是冷轧热镀锌生产线上的一道重要工序,需要将进入退火炉内的多种带钢按照对应的加热要求进行加热。不同炉段中不同带钢的加热需求都不一致,因此需要对炉内的不同加热目标——带钢进行实时跟踪,以便及时进行相应调控。
一般冷轧热镀锌生产线的落成是引进了国外较为成熟的生产线及其***,在该条件下,并不能及时准确跟踪炉内的不同目标带钢。原因在于:1.虽然每卷带钢在进入生产线前有初始入炉计划,该计划中有每卷带钢的初始长度,但是在进入生产线时,根据不同需求,月牙剪会对带钢进行两侧及前后进行修剪,如会对过渡带钢进行长度上的裁剪,该裁剪的具体长度是不定且未知的,因此在生产线中炉内加热的带钢长度是不确定的,并不等同于初始入炉计划中的带钢长度;2.经过月牙剪修剪过的带钢在进入退火炉前会焊接在一起,也影响了带钢的具体长度;3.生产线中不同种类和规格的带钢组合方式呈现不规律性;4.生产线运行时,整个过程是昼夜连续不间断的高速运行,因此只凭人工观测会耗费大量人力精力;5.由于带钢类型和长度的差异性和运行的高速性,一般生产线设备和现有的控制***中并没有能够实时检测并跟踪目标带钢的传感器,仅在生产线若干位置离散部署了焊缝检测装置从而大致估算目标带钢位置,并不能满足当对特定目标带钢的较高跟踪要求。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种目标跟踪***,目的是融合多时空层级参数的序列特征,共同决策并跟踪连续退火过程中目标带钢的实时位置,从而建立目标带钢到各关键位置的预测模型,为后续过程建模及***控制奠定基础。该目标跟踪***主要包括:
关键变量获取模块,用于根据退火炉中连续退火加热过程,提取和目标带钢位置相关的参数作为关键变量,并按照设备及控制类型将这些关键变量分为底层设备层I1、运行过程层I2和计划指标层I3;其中,所述关键变量包括炉计划中的带钢类型规格、入炉计划中的带钢长度、入炉计划中的带钢入炉顺序、入炉处焊缝距离、PH-NOF结合处焊缝、NOF炉段出口处焊缝距离、RTF炉段出口处焊缝距离、运行速度、NOF炉段出口板温和RTF炉段出口板温;
多元特征获取模块,用于对底层设备层I1和运行过程层I2中多个相关变量进行运行状态分析,提取各变量的数据时序分布特征,结合退火炉生产工艺确定存在的多种异常特征,基于优先级策略和时序分布特征,对异常特征进行筛选处理,得到多元特征;其中,所述多个相关变量包括入炉处焊缝距离、PH-NOF结合处焊缝、NOF炉段出口处焊缝距离、RTF炉段出口处焊缝距离、运行速度、NOF炉段出口板温和RTF炉段出口板温;
目标的运行状态确定模块,用于根据现有***中计划指标层I3变量和多元特征获取模块得到的多元特征,制定渐进明细的状态跟踪策略;基于制定的渐进明细状态跟踪策略条件及约束,融合多元特征建立目标状态检测模型,从而确定目标的运行状态;
目标跟踪预测模块,用于在时间尺度上将计划指标层I3变量与目标的运行状态确定模块中对某卷钢的运行状态结果进行时间对齐,其中,计划指标层I3变量包括入炉计划中的带钢类型规格、入炉计划中的带钢长度和入炉计划中的带钢入炉顺序,在空间尺度上结合本身炉体的设备信息,从而实时跟踪在炉体内动态变化的目标;基于该目标的跟踪信息,建立目标到各炉段出口位置的预测模型,以预测目标进出各炉段的时间。
进一步地,多元特征获取模块中得到多元特征的具体过程如下:
2.1:选择底层设备层I1相关变量作为集合和运行过程层I2相关变量作为集合,
其中,i=入炉处焊缝距离、PH-NOF结合处焊缝、NOF炉段出口处焊缝距离或RTF炉段出口处焊
缝距离,j=运行速度、NOF炉段出口板温或RTF炉段出口板温;
2.4:对以上经过同采样频率筛选后的多元数据进行预处理,预处理优先级为:运行速度>底层设备层变量>两炉段出口板温;预处理是指:具有不同类型分布特征的变量有不同的异常特征或需要不同的数据处理方法,当运行速度为0或为负时,则生产线停机或现场出现异常,对该时间区间所有变量不作处理。
进一步地,目标的运行状态确定模块中,所述渐进明细的状态跟踪策略是指先以
入炉计划中的带钢长度为基准,与运行速度进行相除计算,得到初始线性时间区间,将指计
划指标层I3的变量在时序上进行拉长,与初始线性时间区间对齐,再通过传感器检测到的
某相邻带钢的首尾位置计算出带钢长度,相比于入炉计划中的带钢长度,计算出的带钢长
度更加准确,这是因为入炉计划中的带钢长度为初始值,进入生产线时会根据生产要求和
工艺要求对带钢进行小幅或大幅削减,削减长度未知,因此入炉计划中的带钢长度和实际
入炉的带钢长度并不一致,因此可通过此步骤计算出更准确一步的带钢长度,但是此时还
是存在区间内的误差,所以最后需要再通过两炉段出口板温检测模型进一步精
细化跟踪目标带钢的位置,以便得到更为精确的带钢长度,其中,表示对应的采样
时间间隔, v表示生产线运行速度。
进一步地,目标的运行状态确定模块中,底层设备层变量的状态检测模型的建立过程为:
进一步地,目标的运行状态确定模块的具体实现过程如下:
3.1:对计划指标进行初始时间区间线性填充,其中k=1,2,3,分别代表入炉计划
中的带钢类型规格、入炉计划中的带钢长度、入炉计划中的带钢入炉顺序;初始时间区间线
性填充是指以入炉计划中的带钢长度为基准,与运行速度进行相除计算,得到初始线性时
间区间Z0;
3.2:利用步骤3.1和多元特征获取模块中处理后的变量数据制定渐进明细的状态跟踪策略;
3.3:利用建立的底层设备层的多元状态检测模型,对底层设备层I1的变量状态进行检测,即通过确定瞬变特征点,确定状态发生变化的位置点;
3.4:通过步骤3.3,可进一步将带钢的位置在空间域上从入炉计划中的带钢长度
缩小到计算得到的带钢长度Lr,在时间域上,从Z0缩小到之间,为了更准确
跟踪目标带钢的位置,通过两炉段出口板温状态检测模型确定具***置,其建立过程为:
(2)利用以下公式计算出任一变量的时序数据集的标准差,根据稳定状态的数据在所有数据中的出现概率P及标准正态分布表,得到P对应的区间边界±m1σ;m1为正数,判定稳定状态数据分布在以所述参考值为中心的±m1σ范围内;
上式中,vi为历史数据序列中第i个数据yi对应的偏差;
获取实时数据序列,并以连续的s个数据为一组判定实时状态;针对每一组,具体
判定方法为:分别计算该组s个实时数据y1,y2,…,ys对应的偏差,得到s个偏差;将所述s个
偏差求均值,得到均值v;若|v|>m1σ,表明该组实时数据属于带钢切换时间点Tr 2,再结合步
骤3.3确定的或,取两者间的交集,则为带钢带头和带尾的具体时序位
置,在该时刻,对应的空间位置即为两炉段出口的位置。
进一步地,制定状态跟踪策略的过程如下:
3):说明用检测和计算出的、和异常,采用底层设备层的下一个变量,即进行检测及计算处新的、和,再次进行2),直至i+1=4,若依然计算出数据异常,
则说明进入生产线中的带钢有误,将错误信息返回***界面,进行报警,此时需要人工重新
校准生产计划和生产线中的带钢信息;
4):计算出的Lr受最小采样频率公倍数约束,得到一个相比于Z0更准确的范
围,但还是存在区间内的误差,表示对应的采样时间间隔,表示最
小采样频率公倍数,v表示生产线运行速度为了更进一步确定目标带钢的准确位置,基于两
炉段出口板温检测模型,分别检测出NOF段出口带钢的大幅度跳变和RTF段出口带钢的大幅
度跳变位置,进一步精细化跟踪目标带钢的位置。
进一步地,目标跟踪预测模块中,建立目标到各炉段出口位置的预测模型的具体过程如下:
4.1:更新初始线性时间区间Z0和步骤3.4中某卷带钢带头带尾的切换时间区间保
持一致,设为,即为该卷带钢完全通过炉内某检测点的具体时间,同时与运行速度相乘,
计算得到该卷带钢的距离长度 ,同时由步骤3.4可知该卷带钢带头的具***置;
本发明提供的技术方案带来的有益效果是:节约了人力成本,融合多时空层级参数的序列特征,共同决策并跟踪连续退火过程中目标带钢的实时位置,从而建立目标带钢到各关键位置的预测模型,逐步提高了目标带钢的跟踪精度,为后续过程建模及***控制奠定基础。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1是本发明实施例中一种目标跟踪***的原理图。
图2是本发明实施例中底层设备层变量的时序分布特征图。
图3是本发明实施例中运行速度的时序分布特征图。
图4是本发明实施例中两炉段出口板温时序分布特征图。
图5是本发明实施例中非接触式温度检测与接触式温度检测结果图。
图6是本发明实施例中出口板温的时序分布特征图。
图7是本发明实施例中预处理后的某段NOF板温结果图。
具体实施方式
请参考图1,图1是本发明实施例中一种目标跟踪***的原理图,以退火炉连续退火加热过程为实例,采集多空间层和目标跟踪相关的关键变量,这些关键变量在时间尺度上具有不同采样频率及不同滞后性等特性。其中,多空间层包括:底层设备层I1、运行过程层I2和计划指标层I3。这些多空间层的分类是根据变量来源及采集频率差异来确定的,如底层设备层的参数是采集时间单位规律且采集频率为毫秒级或秒级的参数,运行过程层为控制***部署的传感器采集的过程数据,一般采集时间单位规律且采集频率为秒级,计划指标层为入炉计划中的计划数据,该类数据的时间单位间隔并不规律,一般为分钟级或者小时级。目标跟踪指的是将进入退火生产线中会有连续不断的多卷带钢中的其中一卷或者多卷作为目标,进行实时定位跟踪。关键变量是指在退火生产线的初始生产设备和控制***中,和目标带钢跟踪相关的变量,包括:入炉计划中的带钢类型规格、入炉计划中的带钢长度、入炉计划中的带钢入炉顺序、入炉处焊缝距离、预热-加热段(后简称“PH-NOF”)结合处焊缝、直燃炉段(后简称“NOF炉段”)出口处焊缝距离、辐射加热炉段(后简称“RTF炉段”)出口处焊缝距离、运行速度、NOF炉段出口板温、RTF炉段出口板温。该目标跟踪***具体包括:
关键变量获取模块,用于根据退火炉中连续退火加热过程,提取和目标带钢位置相关的参数作为关键变量,并按照设备及控制类型将这些关键变量分为底层设备层I1、运行过程层I2和计划指标层I3;其中,所述关键变量包括炉计划中的带钢类型规格、入炉计划中的带钢长度、入炉计划中的带钢入炉顺序、入炉处焊缝距离、PH-NOF结合处焊缝、NOF炉段出口处焊缝距离、RTF炉段出口处焊缝距离、运行速度、NOF炉段出口板温和RTF炉段出口板温;
多元特征获取模块,用于对底层设备层I1和运行过程层I2中多个相关变量进行运行状态分析,提取其状态特征,结合退火炉生产工艺确定存在的多种异常特征,基于优先级分配和分布类型差异,对异常特征进行筛选处理,得到多元特征;其中,所述多个相关变量包括入炉处焊缝距离、PH-NOF结合处焊缝、NOF炉段出口处焊缝距离、RTF炉段出口处焊缝距离、运行速度、NOF炉段出口板温和RTF炉段出口板温。得到多元特征的具体过程如下:
2.1:选择底层设备层I1相关变量作为集合和运行过程层I2相关变量作为集合,
其中,i=入炉处焊缝距离、PH-NOF结合处焊缝、NOF炉段出口处焊缝距离或RTF炉段出口处焊
缝距离,j=运行速度、NOF炉段出口板温或RTF炉段出口板温;
2.2:对和中的变量进行最小采样频率公倍数筛选。底层设备层的变量数据和
运行过程层的变量数据都呈现采集规律性,但是采集频率互不相同,因此对数据进行同
采样频率数据处理,为保证数据的真实性,对所有变量进行最小采样频率公倍数筛选,最小
采样频率公倍数为:
和为筛选后的集合;如,若初始集合中的入炉处焊缝距离变量的采样频率
为500ms,在该采样频率的数据采集数据为1,2,3,4,5,6,7…,而求得为1s,则中的
入炉处焊缝距离变量的为1,3,5,7…。
2.3:对筛选后的和中各变量的时序分布特征进行探索性分析,可知各变量
的时序分布特征不尽相同。集合中的各变量时序分布特征如图2所示,呈现出线性递增
特征及大幅度跳变特征;集合中的速度时序分布特征如图3所示,在时间区间内保持线性
不变性,若发生改变则为发生跳变随后继续保持线性不变性;集合中的两炉段出口变量
的时序分布特征如图4所示,在时间尺度上呈现缓慢的波动变化特征,即在时间尺度上并不
会保持单一变化趋势和单一值,且相邻时间采样点间的数据并不会发生突变,而是相对平
滑变化。
2.4:对底层设备层和运行过程层的多个变量(入炉处焊缝距离、PH-NOF结合处焊缝、NOF炉段出口处焊缝距离、RTF炉段出口处焊缝距离,运行速度、NOF炉段出口板温、RTF炉段出口板温)(即对经过同采样频率筛选后的多元数据)进行预处理,预处理优先级:运行速度>底层设备层变量>两炉段出口板温。具有不同类型分布特征的变量有不同的异常特征或需要不同的数据预处理方法:运行速度为0或为负时,则说明生产线停机或现场出现异常,则对该时间区间所有变量不作处理;
底层设备层变量和两炉段的异常特征判断方向不同,下面逐一解释:
(1)底层设备层变量会出现两种变化特征,需要判断是否为异常特征:第一种为当
某个变量因为检测问题出现负值则为异常特征,则需要丢弃该变量处于负值的时间区数
据;第二种为正常情况下,该类所有变量的变化趋势为线性递增变化,而在某时刻突然某变
量未完全呈现线性递增变化,这种情况就需要进行计算判断。检测到该数据点变化发生改
变的时间点作为起始时间点t0,在t0前,计算出某变量线性递增斜率k0,从t0开始,设置步长
为,其中n=1,2,3,...,表示对应的采样时间间隔,将底层设备层的4个变
量从t0开始的数据组成一个四维特征向量,其中表表示炉处焊缝距离, 表示PH-NOF结合处焊缝距离,表示NOF炉段出口处焊缝距离,表示RTF炉段出口处焊缝
距离,设置m个步长检测点,及最大检测时间区间为,在最大检测时间区间内对
每个向量取两两相邻计算每个向量m个步长检测点的斜率变化 ,其中l
表示在时间区间内两两相邻的距离,l=1,2,…,m-1,由于底层设备层各变量检
测点距离固定不变且处于同一运行速度,所以若,则说明该类变
化特征属于正常变化,不是异常特征;若 中某个斜率变化值与其它
三个不一致,则需修正该单个变量的斜率变化值,与其它三个保持一致;若其中两个不一
致,另外两个一致,则需修正两个不一致的变量斜率变化值与另外两个一致;若两两保持一
致,则取均值赋予所有变量的斜率变化;若各不相同,则舍弃该段时间区的所有变量数值。
(2)对于NOF炉段出口板温和RTF炉段出口板温,由于工艺需求,只能采用非接触式的红外测温仪进行检测。而非接触式的红外测温仪,受环境因素(对象的温度、空气介质)的影响大,所以如图5所示,(a)为NOF炉段出口板温(非接触式)示意图,(b)为NOF炉段出口板温(接触式)示意图,相比于接触式的测温传感器,会含有较多噪声和离群点。如果不对板温数据进行处理,则后续用该数据进行建模时,无法保证数据模型的准确性(如会产生过拟合问题等),因此需要根据出口板温数据的特点对其进行预处理。
通过分析两炉段出口板温的时序分布特征,可知该类序列会局部反复出现的离群值和偶尔的“脏数据”,“脏数据”在这里是指由于传感器等设备或加热环境中存在的污染物等原因导致测得的数据出现突变离群值,该数据不能反映生产过程中的实际变化,如图6中的“菱形”表示的数据。于是基于此特征,考虑到实际生产中需对不同工况进行识别,所以不能丢失有效的局部信息,且为提高后续数工作的准确率和效率,需降低数据噪声,提高信噪比,因此需要保留变化趋势并强化有效离群值,同时平滑处理无效“脏数据”。考虑到该类流程工业数据反复出现相同的生产状态,其数据中含有重复的信息,且在时间尺度上呈现连续性分布,在时间维度上,前后数据存在相关性,因此利用相似信息强化对两炉段出口板温的异常特征进行筛选处理,其具体步骤为:
1)设置两类固定时间长度的滑动窗,分别是用来限制寻找相关点范围的搜索窗口
和确定去噪点及相似点邻域大小的邻域窗,分别表示为 ,,其
中Ds和ds为决定D和d大小的参数,可以根据生产状态特征和算法速度进行设定;
2)对搜索窗口和邻域窗口进行设置,搜说窗口以时间点i为中心,第一邻域窗口以i为中心,第二邻域窗口在搜索窗中滑动,其中以点j为待计算相似性度量点,两点间的相似度用权重因子w(i,j)表示:
3)另第二邻域窗在搜索窗范围内滑动,遍历所有点,求出搜索窗内所有点与以目标点i为中心的邻域的相似性,由此,v(t)中时间点i处去噪后的数据u(i)为:
T是指第二邻域窗在搜索窗中遍历的所有时间点,当两点越相似时,点j在u(i)的计算中占的比重越大;
4)遍历两炉段出口板温某段时间区的每个数据点,根据上述方法对该维度数据进行去噪及平滑处理。以NOF段出口板温某时间区间数据为例,将图6中数据进行预处理,结果如图7所示,可以看出可以保留强化变化趋势同时有效剔除离群值。
目标的运行状态确定模块,用于提取根据现有***中计划指标层I3的变量(一般
在现有生产线中,计划指标层变量有入炉计划中的带钢类型规格、入炉计划中的带钢长度、
入炉计划中的带钢入炉顺序)和多元特征获取模块中得到的多元特征,制定渐进明细的状
态跟踪策略。基于制定的策略条件及约束,融合多元特征建立目标状态检测模型,从而确定
目标的运行状态;所述渐进明细的状态跟踪策略是指先以入炉计划中的带钢长度为基准,
与运行速度进行相除计算,得到初始线性时间区间,将指计划指标层I3的变量在时序上进
行拉长,与初始线性时间区间对齐,再通过传感器检测到的某相邻带钢的首尾位置计算出
带钢长度,相比于入炉计划中的带钢长度,计算出的带钢长度更加准确(入炉计划中的带钢
长度为初始值,进入生产线时会根据生产要求和工艺要求对带钢进行小幅或大幅削减,削
减长度未知,因此入炉计划中的带钢长度和实际入炉的带钢长度一般并不一致,且一般情
况下相差较大),因此可通过此步骤计算出更准确一步的带钢长度,此时还是存在区间内的误差,最后再通过两炉段出口板温检测模型进一步精细化跟踪目标带
钢的位置,其中,表示对应的采样时间间隔,v表示生产线运行速度。目标的运行状
态确定模块的具体实现过程如下:
3.1:对计划指标进行初始时间区间线性填充,其中k=1,2,3,分别代表入炉计划
中的带钢类型规格、入炉计划中的带钢长度、入炉计划中的带钢入炉顺序。初始时间区间线
性填充是指以入炉计划中的带钢长度为基准,与运行速度进行相除计算,得到初始线性时
间区间Z0,注:对于某一类带钢的各个变量来说,具有统一的Z0;
3.2:利用步骤3.1和多元特征获取模块中处理后的变量数据制定渐进明细的状态跟踪策略。具体是指:
Step3:说明用检测和计算出的 、和 异常,采用底层设备层的下一个变
量,即进行检测及计算处新的 、和 ,再次进行Step2,直至i+1=4,若依然计算出
数据异常,则说明进入生产线中的带钢有误,将错误信息返回***界面,进行报警,此时需
要人工重新校准生产计划和生产线中的带钢信息;
Step4:计算出的Lr受最小采样频率公倍数约束,得到一个相比于Z0更准确的
范围,但还是存在区间内的误差,由于生产线运行速度很高,因此需要更进一步
确定目标带钢的准确位置,基于两炉段出口板温检测模型,分别检测出NOF段出口带钢的大
幅度跳变和RTF段出口带钢的大幅度跳变位置,进一步精细化跟踪目标带钢的位置。
3.3:建立底层设备层的多元状态检测模型,用于对底层设备层的变量状态进行
检测,该检测是检测大幅跳变趋势,即通过确定瞬变特征点,确定状态发生变化的位置点。
通过分析底层设备层变量的时序分布特征可知,一卷带钢的变量具有稳定线增趋势,而
当发生带钢切换时,会有大幅度跳变过程,如图8所示为时序分布示意图,说明该卷带钢
在 期间带头进入该检测点,即带钢首部位置,带钢在期间带尾进入该检测
点,即带钢尾部位置,该卷带钢在时序区间上的分布则在之间,因此需要检
测出每卷带钢的在时序上的瞬时变化特征点。建立底层设备层的多元状态检测模型步骤
如下:
设的时间序列{i(j)},为建立三个连续滑动窗口:均值计算窗口W m 、瞬时变化检
测窗口W d 和方差计算窗口W v ,窗口长度分别为m,n和v。计算的W m 均值和W d 均值,表示为M m 和M d ,并计算W v 的均值M v 和方差V计算公式为:
3.4:两炉段出口板温状态检测模型。以上步骤已经带钢的位置在空间域上从计划
表中的带钢长度缩小到Lr,在时间域上,从Z0缩小到之间,其中,带钢切换
时,带头切换检测出两个状态变化时间点,带尾切换检测出两个状态变化时间点,这一卷带钢完整长度在炉内的时间范围即为,此时,仍存在偏差,
为了更准确跟踪目标带钢的位置,通过两炉段出口板温状态检测模型确定具***置,两炉
出口板温状态检测模型建立过程为:
(2)利用以下公式计算出任一变量的时序数据集的标准差,根据稳定状态的数据在所有数据中的出现概率P及标准正态分布表,得到P对应的区间边界±m1σ;m1为正数,判定稳定状态数据分布在以所述参考值为中心的±m1σ范围内(本实施例中m1>3);
上式中,vi为所述历史数据序列中第i个数据yi对应的偏差;
(3)获取实时数据序列,并以连续的s个数据为一组判定实时状态;针对每一组,具
体判定方法为:分别计算该组s个实时数据y1,y2,…,ys对应的偏差,得到s个偏差;将所述s
个偏差求均值,得到均值v;若|v|>m1σ,表明该组实时数据属于带钢切换时间点,再结合
步骤S3.3确定的或,取两者间的交集,则为带钢带头和带尾的具体时序
位置,在该时刻,对应的空间位置为两炉段出口的位置。
目标跟踪预测模块,用于在时间尺度上将计划指标层中的变量信息(具体的带钢
编号、类型、顺序)与目标的运行状态确定模块中对某卷钢的运行状态结果进行时间对齐,
在空间尺度上结合本身炉体的设备信息,从而实时跟踪在炉体内动态变化的目标。基于该
目标的跟踪信息,建立目标到各炉段出口等关键位置的预测模型,预测进出各炉段的时间,
为后续过程建模及***控制奠定基础。建立目标到各炉段出口位置的预测模型的具体过程
如下:
4.1:更新初始线性时间区间Z0和步骤3.4中某卷带钢带头带尾的切换时间区间保
持一致,设为,即为该卷带钢完全通过炉内某检测点的具体时间,同时与运行速度相乘,
计算得到该卷带钢的距离长度,同时由步骤3.4可知该卷带钢带头的具***置;
式中,n表示带钢带头具***置到关键位置期间运行速度变化的次数,N表示
带钢带头具***置到关键位置期间运行速度变化次数的最大次数,该数据是可以通过
生产线中的速度传感器检测得到的,表示第n次变化的运行速度,表示以传送的距
离,其中满足条件。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是:融合多时空层级参数的序列特征,共同决策并跟踪连续退火过程中目标带钢的实时位置,从而建立目标带钢到各关键位置的预测模型,为后续过程建模及***控制奠定基础。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种目标跟踪***,其特征在于:包括:
关键变量获取模块,用于根据退火炉中连续退火加热过程,提取和目标带钢位置相关的参数作为关键变量,并按照设备及控制类型将这些关键变量分为底层设备层I1、运行过程层I2和计划指标层I3;其中,所述关键变量包括炉计划中的带钢类型规格、入炉计划中的带钢长度、入炉计划中的带钢入炉顺序、入炉处焊缝距离、PH-NOF结合处焊缝、NOF炉段出口处焊缝距离、RTF炉段出口处焊缝距离、运行速度、NOF炉段出口板温和RTF炉段出口板温;
多元特征获取模块,用于对底层设备层I1和运行过程层I2中多个相关变量进行运行状态分析,提取各变量的数据时序分布特征,结合退火炉生产工艺确定存在的多种异常特征,基于优先级策略和时序分布特征,对异常特征进行筛选处理,得到多元特征;其中,所述多个相关变量包括入炉处焊缝距离、PH-NOF结合处焊缝、NOF炉段出口处焊缝距离、RTF炉段出口处焊缝距离、运行速度、NOF炉段出口板温和RTF炉段出口板温;
目标的运行状态确定模块,用于根据现有***中计划指标层I3变量和多元特征获取模块得到的多元特征,制定渐进明细的状态跟踪策略;基于制定的渐进明细状态跟踪策略条件及约束,融合多元特征建立目标状态检测模型,从而确定目标的运行状态;
目标跟踪预测模块,用于在时间尺度上将计划指标层I3变量与目标的运行状态确定模块中对某卷钢的运行状态结果进行时间对齐,其中,计划指标层I3变量包括入炉计划中的带钢类型规格、入炉计划中的带钢长度和入炉计划中的带钢入炉顺序,在空间尺度上结合本身炉体的设备信息,从而实时跟踪在炉体内动态变化的目标;基于该目标的跟踪信息,建立目标到各炉段出口位置的预测模型,以预测目标进出各炉段的时间。
2.如权利要求1所述的一种目标跟踪***,其特征在于:多元特征获取模块中得到多元特征的具体过程如下:
2.1:选择底层设备层I1相关变量作为集合和运行过程层I2相关变量作为集合,其中,i=入炉处焊缝距离、PH-NOF结合处焊缝、NOF炉段出口处焊缝距离或RTF炉段出口处焊缝距离,j=运行速度、NOF炉段出口板温或RTF炉段出口板温;
2.4:对以上经过同采样频率筛选后的多元数据进行预处理,预处理优先级为:运行速度>底层设备层变量>两炉段出口板温;预处理是指:具有不同类型分布特征的变量有不同的异常特征或需要不同的数据处理方法,当运行速度为0或为负时,则生产线停机或现场出现异常,对时间区间所有变量不作处理。
3.如权利要求1所述的一种目标跟踪***,其特征在于:目标的运行状态确定模块中,所述渐进明细的状态跟踪策略是指先以入炉计划中的带钢长度为基准,与运行速度进行相除计算,得到初始线性时间区间,将计划指标层I3的变量在时序上进行拉长,与初始线性时间区间对齐,再通过传感器检测到的某相邻带钢的首尾位置计算出带钢长度,相比于入炉计划中的带钢长度,计算出的带钢长度更加准确,这是因为入炉计划中的带钢长度为初始值,进入生产线时会根据生产要求和工艺要求对带钢进行小幅或大幅削减,削减长度未知,因此入炉计划中的带钢长度和实际入炉的带钢长度并不一致,因此可通过此步骤计算出更准确一步的带钢长度,但是此时还是存在区间内的误差,所以最后需要再通过两炉段出口板温检测模型进一步精细化跟踪目标带钢的位置,以便得到更为精确的带钢长度,其中,表示对应的采样时间间隔,表示最小采样频率公倍数,v表示生产线运行速度。
4.如权利要求1所述的一种目标跟踪***,其特征在于:目标的运行状态确定模块中,底层设备层变量的状态检测模型的建立过程为:
5.如权利要求4所述的一种目标跟踪***,其特征在于:目标的运行状态确定模块的具体实现过程如下:
3.1:对计划指标进行初始时间区间线性填充,其中k=1,2,3,分别代表入炉计划中的带钢类型规格、入炉计划中的带钢长度、入炉计划中的带钢入炉顺序;初始时间区间线性填充是指以入炉计划中的带钢长度为基准,与运行速度进行相除计算,得到初始线性时间区间Z0;
3.2:利用步骤3.1和多元特征获取模块中处理后的变量数据制定渐进明细的状态跟踪策略;
3.3:利用建立的底层设备层的多元状态检测模型,对底层设备层I1的变量状态进行检测,即通过确定瞬变特征点,确定状态发生变化的位置点;
3.4:通过步骤3.3,可进一步将带钢的位置在空间域上从入炉计划中的带钢长度缩小到计算得到的带钢长度Lr,在时间域上,从Z0缩小到之间,为了更准确跟踪目标带钢的位置,通过两炉段出口板温状态检测模型确定具***置,其建立过程为:
(2)利用以下公式计算出任一变量的时序数据集的标准差,根据稳定状态的数据在所有数据中的出现概率P及标准正态分布表,得到P对应的区间边界±m1σ;m1为正数,判定稳定状态数据分布在以所述参考值为中心的±m1σ范围内;
上式中,vi为历史数据序列中第i个数据yi对应的偏差;
6.如权利要求5所述的一种目标跟踪***,其特征在于:制定状态跟踪策略的过程如下:
3):说明用检测和计算出的、和异常,采用底层设备层的下一个变量,即进行检测及计算处新的、和,再次进行2),直至i+1=4,若依然计算出数据异常,则说明进入生产线中的带钢有误,将错误信息返回***界面,进行报警,此时需要人工重新校准生产计划和生产线中的带钢信息;
7.如权利要求6所述的一种目标跟踪***,其特征在于:目标跟踪预测模块中,建立目标到各炉段出口位置的预测模型的具体过程如下:
4.1:更新初始线性时间区间Z0和步骤3.4中某卷带钢带头带尾的切换时间区间保持一致,设为,即为该卷带钢完全通过炉内某检测点的具体时间,同时与运行速度相乘,计算得到该卷带钢的距离长度 ,同时由步骤3.4可知该卷带钢带头的具***置;
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