[發(fā)明專利]一種基于CNN-LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的采運(yùn)裝備速度協(xié)同控制方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202211239379.2
• 申請日: 2022-10-11
• 公開（公告）號(hào): CN115657475A
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆海峰;周震;王忠賓;譚超;司壘;魏東;龔子耀;董紅帥;劉力奇;姚永成
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 北京淮海知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32205
• 代理人: 李佩鴻

1.一種基于CNN-LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的采運(yùn)裝備速度協(xié)同控制方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟一，采集井下采煤機(jī)、刮板機(jī)運(yùn)行原始數(shù)據(jù)；

步驟二，將步驟一中的采煤機(jī)、刮板機(jī)原始數(shù)據(jù)歸一化后分別劃分為訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測試集；

步驟三，將相應(yīng)劃分的訓(xùn)練集輸入CNN-LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，輸入數(shù)據(jù)先由上層CNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行特征提取、再傳遞到下層LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行訓(xùn)練，后經(jīng)全連接層、輸出層后輸出采煤機(jī)預(yù)測模型、刮板機(jī)預(yù)測模型的結(jié)果；

步驟四，當(dāng)未達(dá)到最大訓(xùn)練輪數(shù)時(shí)，建立同時(shí)刻狀態(tài)下采煤機(jī)預(yù)測模型的總損失函數(shù)loss₁、刮板機(jī)預(yù)測模型總損失函數(shù)loss₂、以及采煤機(jī)預(yù)測速度與刮板機(jī)預(yù)測速度之間協(xié)同關(guān)系的總損失函數(shù)Loss；

計(jì)算相應(yīng)的采煤機(jī)、刮板機(jī)的損失值并進(jìn)行參數(shù)更新，并通過優(yōu)化算法對更新的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化使其快速收斂；然后將收斂后的參數(shù)重新輸入至步驟三中的LSTM層再次進(jìn)行訓(xùn)練，重新輸出采煤機(jī)預(yù)測模型、刮板機(jī)預(yù)測模型的結(jié)果；

并循環(huán)使其直到達(dá)到最大訓(xùn)練輪數(shù)；

步驟五，當(dāng)達(dá)到最大訓(xùn)練輪數(shù)時(shí)，停止訓(xùn)練，并輸出在驗(yàn)證集上總損失值Loss最小值情況下、相應(yīng)的采煤機(jī)預(yù)測模型與刮板機(jī)預(yù)測模型；

步驟六，將步驟二中測試集輸入步驟五中訓(xùn)練好的預(yù)測模型中，輸出采煤機(jī)速度預(yù)測、刮板機(jī)預(yù)測速度，計(jì)算CNN-LSTM預(yù)測模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CNN-LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的采運(yùn)裝備速度協(xié)同控制方法，其特征在于，所述協(xié)同關(guān)系的總損失函數(shù)Loss，計(jì)算公式如下：

Loss＝A·loss₁+B·loss₂+C·G

其中,loss₁為采煤機(jī)預(yù)測模型的總損失函數(shù)，loss₂為刮板機(jī)預(yù)測模型總損失函數(shù)，G為負(fù)載平穩(wěn)函數(shù)；

A、B、C分別為相應(yīng)函數(shù)的比例系數(shù)，(A+B+C)＝1且均大于0。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于CNN-LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的采運(yùn)裝備速度協(xié)同控制方法，其特征在于，所述采煤機(jī)預(yù)測模型的總損失函數(shù)loss₁，計(jì)算公式如下：

loss₁＝a·L_δ(v_c,v_ci)+b·f₁+c·h

其中，a、b、c為相應(yīng)函數(shù)的比例系數(shù)，(a+b+c)＝1且均大于0；

L_δ(v_c,v_ci)為采煤機(jī)的預(yù)測模型損失函數(shù)，計(jì)算公式為：

其中，v_c為同一時(shí)刻采煤機(jī)的真實(shí)速度值，v_ci為每輪采煤機(jī)速度預(yù)測的第i個(gè)值，δ為超參數(shù)；

f₁為采煤機(jī)速度平穩(wěn)性函數(shù)，計(jì)算公式為：

其中，為每輪采煤機(jī)速度預(yù)測的平均值，m為采煤機(jī)中輪次總量；

h為預(yù)測時(shí)間段t內(nèi)采煤機(jī)總落煤量L₁的反函數(shù)，其計(jì)算公式為：

h＝1/Max(L₁)

其中，H為采煤機(jī)在t時(shí)間范圍內(nèi)的記憶截割高度，B為采煤機(jī)滾筒在t時(shí)間范圍內(nèi)的記憶截割深度，ρ為煤的密度值，k1為采煤機(jī)的產(chǎn)能修正系數(shù)，v_c(i+1)為每輪采煤機(jī)速度預(yù)測的第i+1個(gè)值。