[發(fā)明專利]水泥生料粉磨系統(tǒng)電耗預(yù)測方法及其預(yù)測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110455807.4
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113112089B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉剛;王坤;郝曉辰;趙彥濤
• 申請（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/06;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11474
• 代理人: 葛凡

本發(fā)明提供一種水泥生料粉磨系統(tǒng)電耗預(yù)測方法及其系統(tǒng)，本發(fā)明通過對電耗的實(shí)時(shí)預(yù)測，為水泥生料粉磨系統(tǒng)降低電耗提供基礎(chǔ)，以長短期記憶網(wǎng)絡(luò)為基本模型，采用編解碼結(jié)構(gòu)，建立包括編碼器和解碼器在內(nèi)的電耗預(yù)測模型；將系統(tǒng)變量輸入編碼器中，挖掘變量間的非線性關(guān)系，并將系統(tǒng)變量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成包含變量間非線性關(guān)系的特征碼，再將特征碼和歷史電耗數(shù)據(jù)一起輸入解碼器，挖掘系統(tǒng)變量和歷史電耗之間的關(guān)聯(lián)性，并得到下一時(shí)刻預(yù)測值；同時(shí)采用反向傳播算法對模型參數(shù)進(jìn)行修正，提高收斂精度，然后用訓(xùn)練好的模型對電耗進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測。利用本發(fā)明可以對水泥生料粉磨系統(tǒng)的電耗進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水泥生產(chǎn)過程中生料粉磨系統(tǒng)的電耗預(yù)測領(lǐng)域，尤其是一種水泥生料粉磨系統(tǒng)電耗預(yù)測方法及其預(yù)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

電能是水泥生料粉磨系統(tǒng)的主要能源。通過對水泥生料粉磨系統(tǒng)的電耗進(jìn)行精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)預(yù)測，調(diào)節(jié)合理的生產(chǎn)方式，可以為水泥生產(chǎn)的優(yōu)化制造和降低功耗節(jié)省成本開支提供條件，對水泥生產(chǎn)的節(jié)能降耗具有重要的意義。水泥生料粉磨系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，并同時(shí)具有滯后性、強(qiáng)慣性、強(qiáng)耦合性和不確定性等特點(diǎn)。針對上述問題，有學(xué)者采用不同方法來研究水泥生產(chǎn)中的電耗預(yù)測模型。崔保華等采用支持向量機(jī)對電耗進(jìn)行預(yù)測，但是支持向量機(jī)適用于小樣本數(shù)據(jù)，用于水泥企業(yè)這樣的工業(yè)大數(shù)據(jù)并不合適，而且，支持向量機(jī)屬于靜態(tài)模型，難以捕捉數(shù)據(jù)的時(shí)間特性。趙輝等采用主成分分析法對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，降低模型的復(fù)雜性，并在此基礎(chǔ)上采用基于改進(jìn)的多元非線性算法對水泥電耗進(jìn)行預(yù)測，但是這種建模方法預(yù)測精度較低，并且不能有效地解決時(shí)滯時(shí)延的問題。因此，如何結(jié)合水泥數(shù)據(jù)的特性，對電耗進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測，顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述存在的問題，本發(fā)明提出一種基于長短期記憶網(wǎng)絡(luò)的水泥生料粉磨系統(tǒng)電能消耗在線預(yù)測方法及其系統(tǒng)，解決了生料粉磨系統(tǒng)中變量與變量間的耦合問題和系統(tǒng)變量與電耗之間的時(shí)延問題，并對未來下一時(shí)刻的電耗進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案，其包括以下步驟：

步驟1：將出磨斗提電流反饋、喂料斗提電流反饋、喂料量反饋、選粉機(jī)轉(zhuǎn)速反饋、入庫提升機(jī)電流反饋、主機(jī)電流和選粉機(jī)進(jìn)口壓力作為系統(tǒng)變量，將篩選出的系統(tǒng)變量數(shù)據(jù)和對應(yīng)的電耗數(shù)據(jù)采用滑窗操作構(gòu)建輸入數(shù)據(jù)矩陣，將處理完成的系統(tǒng)變量數(shù)據(jù)矩陣和對應(yīng)電耗數(shù)據(jù)矩陣作為模型的輸入；

步驟2：以長短期記憶網(wǎng)絡(luò)為基本模型，采用編解碼結(jié)構(gòu)，建立包括編碼器和解碼器在內(nèi)的電耗預(yù)測模型，編碼器根據(jù)長短期記憶網(wǎng)絡(luò)t時(shí)刻的輸入數(shù)據(jù)矩陣x_t和上一時(shí)刻的輸出h_t-1，得到t時(shí)刻編碼器中長短期記憶網(wǎng)絡(luò)的輸出h_t：

h_t＝f(x_t,h_t-1) (1)

式中，f()表示x_t和h_t-1之間的映射關(guān)系，將過去各個(gè)時(shí)刻長短期記憶網(wǎng)絡(luò)的輸入拼接到一起，獲得編碼器的輸出Z：

Z＝[h₁,h₂,…,h_t] (2)

解碼器將編碼器的輸出和歷史電耗數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行拼接，將拼接的數(shù)據(jù)矩陣作為解碼器的輸入，并對未來下一時(shí)刻的電耗進(jìn)行預(yù)測，在解碼器中，該長短期記憶網(wǎng)絡(luò)的門控單元和單元狀態(tài)更新值分別為：