[發明專利]基于監督等距映射和支持向量回歸的球磨機料位測量方法

有效

• 申請號: 201510837488.8
• 申請日: 2015-11-25
• 公開（公告）號: CN105512690B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 閻高偉;龐宇松;喬鐵柱;任密蜂;郭磊
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G06K9/66
• 分類號: G06K9/66;G06K9/62
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

本發明涉及筒式球磨機料位的檢測方法，具體是一種基于監督等距映射和支持向量回歸的滾筒式球磨機料位檢測方法。該方法所包括的步驟如下：采集球磨機軸承振動信號，對振動信號進行時頻轉換，對有效頻段內的振動功率譜采用監督等距映射進行非線性降維和特征提取，采用支持向量回歸建立降維特征與料位之間的回歸模型。本發明對球磨機料位測量準確可靠，能增強料位間的區分度，具有較高的實際工程應用價值。

技術領域

本發明涉及滾筒式球磨機料位的檢測方法，具體是一種基于監督等距映射和支持向量回歸的滾筒式球磨機料位檢測方法。

背景技術

滾筒式球磨機是一種用于電力、礦山、冶金、化工和建材等領域中的主要設備，其功能為將原料磨制成粉，屬于一種高能耗、低效率的設備。根據研究，球磨機有10％以上的節能潛力和9％以上的節省鋼材原材料的潛力。通過準確測量滾筒式球磨機的料位，并進行有效控制，將有利于這些潛力的挖掘。由于滾筒式球磨機工作于封閉旋轉狀態，缺少直接檢測其內部料位的設備，經常發生飽磨、空磨和堵磨等現象，導致生產效率降低，并影響產品質量和設備壽命。因此可靠檢測球磨機料位，使其運行在最佳狀態，對提高系統的穩定性和經濟性具有重要意義。

目前，滾筒式球磨機料位的檢測方法主要有壓差法、功率法、振聲法和振動法。差壓法利用球磨機出入口的差壓來表征球磨機料位，其優點是現場操作人員對此方法經驗豐富,缺點是由于球磨機出入口差壓不僅與球磨機的存料量有關，還與鋼球裝載量和通風量等相關，在實際的使用中精度較低。功率法通過檢測運行時電機電流的變化來間接反映存料量，其優點是直觀性強,不易受周圍環境影響,檢測結果比較準確，缺點是球磨機功率主要受鋼球負荷的影響,空載與滿載時功率變化很小,且非單調，靈敏度低。振聲法，又稱電耳法、噪聲法，利用鋼球與襯板和鋼球之間碰撞的噪聲來表征料位，屬于非接觸測量，其優點是運行成本低、結構簡單，缺點是易受鄰磨噪聲信號、本身的運轉部分和電機傳動機構等設備的背景噪聲的影響,且高料位時靈敏度較低。振動法利用球磨機的振動信號來表示料位，其優點是中低料位的靈敏度高，傳感器密封好，能適應現場工作環境，缺點是在高料位時，貼近優化區，信號隨料位變化很小，靈敏度較低。可見振動法和振聲法精度較高，但是在高料位處的靈敏度較低。目前振動法廣泛應用于工業現場，但是其頻譜存在高維、大量冗余、非線性，因此需要首先對振動頻譜采用降維等方法對頻譜特征進行處理。

發明內容

本發明針對球磨機振動信號存在非線性、冗余性和振動法在高料位時靈敏度較低的問題，提供了一種基于監督等距映射和支持向量回歸的球磨機料位測量方法。

本發明采用如下技術方案實現，基于監督等距映射和支持向量回歸的球磨機料位測量方法，其模型結構如圖1所示，包括離線建模階段與在線測量階段，其中離線建模階段包括以下步驟：

步驟一采集料位Z＝{z₁，…，z_N}下的球磨機振動信號S＝{s₁，…，s_N}，其中N為訓練樣本個數；

步驟二求取振動信號的功率譜，并將[f₁,f₂]內的功率譜均分成n_f份，且對各部分求取均值，得到振動功率譜基本特征X＝{x₁，…，x_N}，其中f₁,、f₂和n_f由技術人員可根據經驗確定；

步驟三用監督等距映射(S-Isomap)對振動功率譜基本特征X進行非線性降維和提取特征Y，基于監督等距映射的非線性降維過程描述如下。

1)對振動功率譜基本特征X和料位真值Z組成的訓練集數據{(x₁,z₁)，…，(x_N,z_N)}按照式(1)計算相異度距離：