[发明专利]基于监督等距映射和支持向量回归的球磨机料位测量方法

说明书

本发明涉及筒式球磨机料位的检测方法，具体是一种基于监督等距映射和支持向量回归的滚筒式球磨机料位检测方法。该方法所包括的步骤如下：采集球磨机轴承振动信号，对振动信号进行时频转换，对有效频段内的振动功率谱采用监督等距映射进行非线性降维和特征提取，采用支持向量回归建立降维特征与料位之间的回归模型。本发明对球磨机料位测量准确可靠，能增强料位间的区分度，具有较高的实际工程应用价值。

技术领域

本发明涉及滚筒式球磨机料位的检测方法，具体是一种基于监督等距映射和支持向量回归的滚筒式球磨机料位检测方法。

背景技术

滚筒式球磨机是一种用于电力、矿山、冶金、化工和建材等领域中的主要设备，其功能为将原料磨制成粉，属于一种高能耗、低效率的设备。根据研究，球磨机有10％以上的节能潜力和9％以上的节省钢材原材料的潜力。通过准确测量滚筒式球磨机的料位，并进行有效控制，将有利于这些潜力的挖掘。由于滚筒式球磨机工作于封闭旋转状态，缺少直接检测其内部料位的设备，经常发生饱磨、空磨和堵磨等现象，导致生产效率降低，并影响产品质量和设备寿命。因此可靠检测球磨机料位，使其运行在最佳状态，对提高系统的稳定性和经济性具有重要意义。

目前，滚筒式球磨机料位的检测方法主要有压差法、功率法、振声法和振动法。差压法利用球磨机出入口的差压来表征球磨机料位，其优点是现场操作人员对此方法经验丰富,缺点是由于球磨机出入口差压不仅与球磨机的存料量有关，还与钢球装载量和通风量等相关，在实际的使用中精度较低。功率法通过检测运行时电机电流的变化来间接反映存料量，其优点是直观性强,不易受周围环境影响,检测结果比较准确，缺点是球磨机功率主要受钢球负荷的影响,空载与满载时功率变化很小,且非单调，灵敏度低。振声法，又称电耳法、噪声法，利用钢球与衬板和钢球之间碰撞的噪声来表征料位，属于非接触测量，其优点是运行成本低、结构简单，缺点是易受邻磨噪声信号、本身的运转部分和电机传动机构等设备的背景噪声的影响,且高料位时灵敏度较低。振动法利用球磨机的振动信号来表示料位，其优点是中低料位的灵敏度高，传感器密封好，能适应现场工作环境，缺点是在高料位时，贴近优化区，信号随料位变化很小，灵敏度较低。可见振动法和振声法精度较高，但是在高料位处的灵敏度较低。目前振动法广泛应用于工业现场，但是其频谱存在高维、大量冗余、非线性，因此需要首先对振动频谱采用降维等方法对频谱特征进行处理。

发明内容

本发明针对球磨机振动信号存在非线性、冗余性和振动法在高料位时灵敏度较低的问题，提供了一种基于监督等距映射和支持向量回归的球磨机料位测量方法。

本发明采用如下技术方案实现，基于监督等距映射和支持向量回归的球磨机料位测量方法，其模型结构如图1所示，包括离线建模阶段与在线测量阶段，其中离线建模阶段包括以下步骤：

步骤一采集料位Z＝{z₁，…，z_N}下的球磨机振动信号S＝{s₁，…，s_N}，其中N为训练样本个数；

步骤二求取振动信号的功率谱，并将[f₁,f₂]内的功率谱均分成n_f份，且对各部分求取均值，得到振动功率谱基本特征X＝{x₁，…，x_N}，其中f₁,、f₂和n_f由技术人员可根据经验确定；

步骤三用监督等距映射(S-Isomap)对振动功率谱基本特征X进行非线性降维和提取特征Y，基于监督等距映射的非线性降维过程描述如下。

1)对振动功率谱基本特征X和料位真值Z组成的训练集数据{(x₁,z₁)，…，(x_N,z_N)}按照式(1)计算相异度距离：