基于最小二乘－支持向量机的制粉过程煤粉细度软测量方法技术

一种基于最小二乘－支持向量机的制粉过程煤粉细度软测量方法，该方法依赖硬件平台及测量仪表和进行软件计算的计算机系统，该软件通过控制计算机或数据采集器获得实时的过程数据进行软测量；该方法包括以下步骤：辅助变量的选择，确定样本数据的结构，确定样本的组成，建立基于最小二乘－支持向量机软测量模型并进行模型的训练、参数选择及模型验证、模型参数的校正；本发明专利技术应用简单、容易，成本较低，软测量结果也较精确，有助于实现制粉过程的优化控制和优化运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于自动化测量
，特别涉及对制粉过程中用于煤粉研磨的由钢球磨煤机、粗粉分离器和布袋收集器组成的中储式钢球磨煤机制粉系统的最终产品——煤粉的细度指标进行软测量的方法。
技术介绍
制粉生产中，由钢球磨煤机、粗粉分离器和布袋收集器组成的中储式钢球磨煤机广泛用于将煤粉研磨至工艺要求的细度范围内。煤粉的细度是考核制粉过程的重要工艺指标，是提高产品质量和经济效益的重要因素，对于采用燃煤方式的发电、烧结等过程控制占有十分重要的地位。目前，煤粉细度在线检测的工业应用中，由于实际条件的限制，没有进行工业性试验，没有实际的可操作性，没有成熟的检测装置，在实际生产过程中主要依靠采样、化验的方式离线获得。该方法的不足在于1.人工操作时人为因素影响大，测量结果的客观性差；2.测量的时间间隔长，测量结果反馈的时间也长，因此得到的信息对操作人员缺乏指导意义；3.对煤粉取样时不可避免出现煤粉泄露现象，造成环境污染。由于样本数据数量有限和较大的干扰误差对训练的影响，采用常见的神经网络方法，模型的收敛速度慢，并且容易出现过拟合现象。
技术实现思路
为了解决现有的制粉过程煤粉细度测量方法之不足，本专利技术提供一种基于最小二乘-支持向量机的煤粉细度软测量方法，通过常规在线测量仪表提供的辅助变量的测量参数，给出当前的煤粉细度的估计值，为制粉过程的优化操作和优化运行提供关键工艺指标。本专利技术方法由硬件平台及测量软件组成，其中硬件平台核心由钢球磨煤机、粗粉分离器、布袋收集器以及相关设备组成，同时配备了测量仪表以及进行软件计算的计算机系统。其硬件的联接是球磨机的输入端与给煤机、热风和冷风管道相接，球磨机输出端与粗粉分离器连接，粗粉分离器的回粉管道与磨机输出端连接，出口与布袋除尘器相接，煤粉经布袋收集器实现风粉分离，煤粉由输送装置送入煤粉仓。详细结构如图1所示。以钢球磨煤机、粗粉分离器、布袋收集器组成的制粉系统，其测量仪表包括 在热风管道上安装一个热电偶，用于在线测量热风温度TRFWD；在磨机出口管道上安装一个热电偶，用于在线测量磨机出口煤粉温度TCKWD；在磨机和布袋收集器的给料管道、出料管道上分别安装四个压力计，用于在线测量磨机进出口压力PMRPL、PMCYL和布袋收集器进出口压力PSRYL、PSCYL用于计算磨机和布袋除尘器差压PMJCY、PSJQCY；给煤机转速的反馈信号，用于估计给煤量WGMJZS；如果有给煤量的测量信号，直接使用给煤量的检测值。本说明书中用给煤机转速WGMJZS估计给煤量。该磨矿系统同时配置了控制计算机(分布式计算机控制系统(DCS)、或可编程逻辑控制器(PLC)、或工业控制计算机(IPC))或数据采集器、用以采集测量仪表的信号。本专利技术的软测量软件既可以运行在可编程逻辑控制器上、计算机控制系统的监控计算机上，也可以运行于独立的计算机上，该软件通过与控制计算机或数据采集器进行通讯，获得实时的过程数据，并给出煤粉细度的估计结果。本专利技术方法包括以下步骤(1)辅助变量的选择，(2)样本数据的结构，(3)样本的组成，(4)基于最小二乘-支持向量机软测量模型，(5)模型参数的校正。(1)辅助变量的选择，从影响煤粉细度的经验和理论分析煤粉细度的相关因素分析，本专利技术选择辅助变量都是通过仪表在线检测得到的，包括以下辅助变量热风温度TRFWD；磨煤机出口温度TCKWD；磨煤机差压PMJCY磨机入口压力PMRPL与磨机出口压力PMCYL的差值；收集器工作周期的差压最大值PMAXSJQCY布袋收集器入口压力PSRYL与布袋收集器出口力PSCYL工作周期的最大差值；给煤机转速WGMJZS，或给煤量。(2)样本数据的结构煤粉磨制过程按照如下的结构组成样本，并收集样本数据。样本表达为{xk，yk}，其中xk为样本的输入，既选取的辅助变量——热风温度TRFWD、磨煤机出口温度TCKWD、磨煤机差压PMJCY、收集器工作周期的差压最大值PMAXSJQCY、给煤机转速WGMJZS。样本的输出为待估计的主导变量——煤粉细度LMFXD。样本采集记录结构如表1，时间为样本获取的时间，为减少化验误差，根据同一样本煤粉细度采用三次化验结果进行样本取舍，最后取平均值表1样本数据结构 考虑到样本数据应该具有代表性，并且尽可能覆盖范围较宽，至少应该包括工业对象正常工作范围，通过手动调节风阀开度、给煤机频率，在生产允许的范围内尽可能改变系统的工作点，每次操作条件改变系统运行平稳后取样化验。(3)样本的组成本专利技术用于软测量模型的样本数据由三组组成模型训练样本、误差训练样本和验证样本组成。考虑到训练样本数据应该具有代表性，并且尽可能覆盖范围较宽，至少应该包括工业对象正常工作范围，通过手动调节排风阀开度、给煤机频率，在生产允许的范围内改变系统的工作点，每次操作条件改变后，当系统运行平稳后取样化验。在实际生产过程中，对煤粉细度抽查化验时按照表一纪录，获得一定数量的样本数据，将该部分数据分为两组，一组用于模型误差最小的训练来选择模型的参数，另一组用于模型的验证。(4)基于最小二乘支持向量机软测量模型本专利技术的基于最小二乘支持向量机软测量模型，其模型训练的基本流程框图如图2所示。包括如下详细步骤(A)初始化进行所有变量的初始化。(B)是否进行软测量？如果是，则转至(C)，根据输入数据和软测量模型预测煤粉细度；如果否，则转至(G)，进行模型训练、验证与参数修正的过程。步骤(C)至(F)为软测量模型应用流程，根据输入数据和软测量模型预测煤粉细度。(C)读取当前工况数据；也就是在线读取需要进行细度软测量的当前工况辅助变量的描述参数。(D)输入数据标准化将输入变量参数数据进行标准化处理。(E)软测量模型计算把经过处理的输入数据代入到经过训练、验证后的如下模型计算煤粉细度的软测量结果。y(x)=Σk=1kαkk(x,xk)+b]]>式中xk——样本的输入，既选取的辅助变量——热风温度TRFWD、磨煤机出口温度TCKWD、磨煤机差压PMJCY、收集器工作周期的差压最大值PMAXSJQCY、给煤机转速WGMJZS；y(x)——待估计的主导变量——煤粉细度LMFXDαk、b——训练后的模型系数；k＝1，2，...，n；(F)显示并保存细度软测量结果将最小二乘-支持向量机模型计算的煤粉细度的软测量值显示在人机界面上，并与当前其他参数描述一起保存到历史数据库中，以供实际化验比较及其它操作使用。为了充分发挥本专利技术的细度软测量模型的功能，软测量程序应能实时自动读取当前工况描述，具体时限长短根据具体工艺情况确定，然后自动对读取的当前工况描述进行细度软测量计算，把软测量结果显示在操作者或者技术工人容易看到的画面上(可以是监控画面的“优化管理”画面)，并把结果及其它数据保存到相关数据库中。步骤(G)至(T)为模型训练、验证与参数修正的过程。(G)选择模型误差惩罚参数集和核参数集根据具体情况确定对模型训练使用的误差惩罚参数和核参数的区间范围，该区间应当包含模型的最优参数，以便从中选择最佳的模型参数。(H)所有样本数据标准化将训练样本、误差评价样本和模型验证样本进行标准化处理，用于模型训练、误差评价和模型验证的输入。(I)读入训练样本数据读入准本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于最小二乘－支持向量机的制粉过程煤粉细度指标软测量方法，该方法依赖硬件平台及测量仪表和计算机系统，其特征在于通过控制计算机或数据采集器获得实时的过程数据，进行软测量，该方法包括以下步骤：（１）辅助变量的选择，选择的辅助变量包括：热风温度Ｔ↓［ＲＦＷＤ］；磨煤机出口温度Ｔ↓［ＣＫＷＤ］；磨煤机差压Ｐ↓［ＭＪＣＹ］：磨机入口压力Ｐ↓［ＭＲＰＬ］与磨机出口压力Ｐ↓［ＭＣＹＬ］的差值；收集器工作周期的差压最大值Ｐ↓［ＭＡＸＳＪＱＣＹ］：布袋收集器入口压力Ｐ↓［ＳＲＹＬ］与布袋收集器出口压力Ｐ↓［ＳＣＹＬ］工作周期的最大差值；给煤机转速Ｗ↓［ＧＭＪＺＳ］，或给煤量；（２）确定样本数据的结构，如下表：＊＊＊其中ｘ↓［ｋ］为样本的输入，既选取的辅助变量－－热风温度Ｔ↓［ＲＦＷＤ］、磨煤机出口温度Ｔ↓［ＣＫＷＤ］、磨煤机差压Ｐ↓［ＭＪＣＹ］、收集器工作周期的差压最大值Ｐ↓［ＭＡＸＳＪＱＣＹ］、给煤机转速Ｗ↓［ＧＭＪＺＳ］，样本的输出ｙ↓［ｋ］为待估计的主导变量－煤粉细度Ｌ↓［ＭＦＸＤ］；（３）样本的组成用于软测量模型的样本数据由三组组成：模型训练样本、误差训练样本和验证样本组成；对煤粉细度抽查化验时按照样本数据结构纪录，获得一定数量的样本数据，将该部分数据分为两组，一组用于模型误差最小的训练来选择模型的参数，另一组用于模型的验证；（４）建立基于最小二乘－支持向量机软测量模型，如下式：ｙ（ｘ）＝＊α↓［ｋ］ｋ（ｘ，ｘ↓［ｋ］）＋ｂα↓［ｋ］、ｂ－训练后的模型系数；ｋ＝１，２，…，ｎ；然后进行模型的训练、参数选择及模型验证；（５）模型参数的校正；选择典型的样本添加到训练样本，如果重新训练的软测量模型能够明显提高模型的精度，则用新的模型代替原有模型，否则不改变原模型；如果新的样本数据重复出现样本输入条件相同或相近，而样本输出相差较大的情况，用新样本代替原样本数据，重新训练模型，替换原有模型。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：岳恒，张立岩，张君，柴天佑，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]