基于數(shù)值仿真的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型構(gòu)建方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了基于數(shù)值仿真的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型構(gòu)建方法，其包括步驟：A：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，即，計(jì)算磨機(jī)內(nèi)部負(fù)荷的波動范圍，并設(shè)計(jì)用于執(zhí)行數(shù)值仿真的實(shí)驗(yàn)方案；B：數(shù)值仿真，即，針對實(shí)驗(yàn)方案中的每一次實(shí)驗(yàn)，模擬仿真生成磨機(jī)筒體振動加速度信號；C：信號處理，即，對所生成的振動加速度信號進(jìn)行多域特征的提取和選擇；D：構(gòu)建推理模型，即，提煉所提取和選擇的這些特征與磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)間的機(jī)理規(guī)則，構(gòu)建基于磨機(jī)筒體振動數(shù)值仿真技術(shù)的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型。本發(fā)明的方法能夠獲得準(zhǔn)確的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)軟測量模型，避免了直接測量磨機(jī)負(fù)荷時的不便性及成本高等問題，可為選礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)全流程的優(yōu)化控制和節(jié)能降耗提供支持。
【專利說明】
基于數(shù)值仿真的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及磨機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于數(shù)值仿真的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型 構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 選礦企業(yè)所面臨的重要問題之一是如何實(shí)現(xiàn)全流程的優(yōu)化控制和節(jié)能降耗。磨礦 過程是選礦生產(chǎn)流程的"瓶頸"作業(yè)。磨機(jī)則是磨礦過程的瓶頸設(shè)備，其具有封閉旋轉(zhuǎn)、連續(xù) 運(yùn)行的工作特性。通常，磨機(jī)是依靠自身旋轉(zhuǎn)帶動其內(nèi)部裝載的研磨介質(zhì)（如鋼球)沖擊和 磨剝物料的重型機(jī)械設(shè)備。磨機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率和效率通常決定了磨礦過程甚至選礦全流程的生 產(chǎn)效率和指標(biāo)。因此，準(zhǔn)確檢測磨機(jī)負(fù)荷是實(shí)現(xiàn)磨礦過程優(yōu)化控制和節(jié)能降耗的關(guān)鍵因素 之一。
[0003] 理論分析和實(shí)驗(yàn)研究表明，磨機(jī)內(nèi)部的負(fù)荷參數(shù)（W球磨機(jī)為例，料球比、磨礦濃 度、充填率和介質(zhì)充填率)與磨機(jī)筒體振動信號密切相關(guān)?？紤]到磨礦工業(yè)過程中的研磨介 質(zhì)在磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的短時間內(nèi)變化不大，磨礦過程的建模和磨機(jī)負(fù)荷的控制等研究中常把24或 48小時內(nèi)的介質(zhì)充填率當(dāng)做常量處理。對料球比、磨礦濃度和充填率共3個磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)的 準(zhǔn)確檢測是當(dāng)前研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)問題。
[0004] 然而，磨礦過程自身的綜合復(fù)雜動態(tài)特性、外界干擾因素的不確定性動態(tài)變化等 原因，導(dǎo)致難W依據(jù)磨礦過程物料平衡建立機(jī)理模型來測量磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)。而由于磨機(jī)旋 轉(zhuǎn)、連續(xù)運(yùn)行的工作特點(diǎn)，使得在磨機(jī)內(nèi)部安裝直接測量設(shè)備、安裝嵌入數(shù)字脈沖傳感器的 耐磨聚亞安醋標(biāo)準(zhǔn)橫梁等直接檢測方法也因維護(hù)困難、成本高等原因而難W實(shí)施。此前，工 業(yè)實(shí)踐中通常采用基于磨機(jī)振動、振聲、電流等信號的數(shù)據(jù)驅(qū)動模型進(jìn)行間接測量，但往往 難W掲示磨機(jī)內(nèi)部的研磨機(jī)理，并且由于建模的完備樣本難W采集，導(dǎo)致構(gòu)建的磨機(jī)負(fù)荷 參數(shù)軟測量模型的適用性差、預(yù)測精度低。
[0005] 并且，磨礦過程中，磨機(jī)研磨物料過程的機(jī)理比水泥磨、煤磨等干式磨機(jī)更為復(fù) 雜，其中會設(shè)及破碎力學(xué)、礦漿流變學(xué)、機(jī)械振動與噪聲學(xué)、導(dǎo)致金屬磨損和腐蝕的"物理- 力學(xué)"與"物理-化學(xué)"等多個學(xué)科。磨機(jī)內(nèi)礦漿粘度復(fù)雜多變且難W測量，研磨介質(zhì)和磨機(jī) 襯板磨損及腐蝕量難W確定，物料和鋼球粒徑大小及分布隨時間波動的規(guī)律性難W描述， 分層排列、數(shù)W萬計(jì)的包裹著礦漿的研磨介質(zhì)W不同的強(qiáng)度和頻率對磨機(jī)筒體進(jìn)行周期性 沖擊，運(yùn)些具有不同特性的"粒子"的運(yùn)動導(dǎo)致筒體振動信號具有較強(qiáng)的非線性、非平穩(wěn)和 多組分特性。
[0006] 上述各因素導(dǎo)致難W有效構(gòu)建基于物料平衡的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)機(jī)理檢測模型W及 基于磨機(jī)振動、振聲、電流等信號的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)數(shù)據(jù)驅(qū)動模型。另外，工業(yè)實(shí)際中，磨機(jī)連 續(xù)、封閉運(yùn)行的特點(diǎn)，導(dǎo)致用于構(gòu)建軟測量模型的建模數(shù)據(jù)只能在專為模型構(gòu)建進(jìn)行的實(shí) 驗(yàn)設(shè)計(jì)階段W及磨機(jī)停運(yùn)或重新開始運(yùn)行的階段獲得;否則，需要W犧牲選礦廠經(jīng)濟(jì)效益 或長周期時間等待為代價，才有可能獲得充足、有效的建模樣本。
[0007] 為此，本發(fā)明擬建立面向磨機(jī)負(fù)荷檢測的磨礦過程磨機(jī)筒體振動數(shù)值仿真模型， 仿真產(chǎn)生具有明確物理含義的筒體振動加速信號，并借助不同的信號處理技術(shù)進(jìn)行多域特 征的提取和選擇，結(jié)合領(lǐng)域?qū)＜抑R進(jìn)行模糊規(guī)則提取，從而構(gòu)建基于磨機(jī)筒體振動數(shù)值 仿真技術(shù)的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)的W上現(xiàn)狀，本發(fā)明的主要目的在于提供磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型的 構(gòu)建方法，W獲得基于磨機(jī)筒體振動數(shù)值仿真技術(shù)的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型，準(zhǔn)確預(yù)測磨 機(jī)負(fù)荷，從而為選礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)全流程的優(yōu)化控制和節(jié)能降耗提供支持。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：
[0010] 基于數(shù)值仿真的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型構(gòu)建方法，其包括：
[0011] 步驟A:實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，即，計(jì)算磨機(jī)內(nèi)部負(fù)荷的波動范圍，并設(shè)計(jì)用于執(zhí)行數(shù)值仿真的 實(shí)驗(yàn)方案；
[0012] 步驟B:數(shù)值仿真，即，針對所述實(shí)驗(yàn)方案中的每一次實(shí)驗(yàn)，模擬仿真生成磨機(jī)筒體 振動加速度信號；
[0013] 步驟C:信號處理，即，對步驟B中生成的運(yùn)些振動加速度信號進(jìn)行多域特征的提取 和選擇；
[0014] 步驟D:構(gòu)建推理模型，即，提煉步驟C中提取和選擇的運(yùn)些特征與磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)間 的機(jī)理規(guī)則，構(gòu)建基于磨機(jī)筒體振動數(shù)值仿真技術(shù)的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型。
[0015] 優(yōu)選地，所述步驟A中包括磨機(jī)內(nèi)部負(fù)荷參數(shù)確定、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和磨機(jī)負(fù)荷計(jì)算 =個子步驟。
[0016] 優(yōu)選地，步驟A中：
[0017] 在"磨機(jī)內(nèi)部負(fù)荷參數(shù)確定"子步驟中，選擇料球比、磨礦濃度和充填率=個磨機(jī) 負(fù)荷參數(shù)作為影響磨機(jī)筒體振動信號變化的實(shí)驗(yàn)因素；
[0018] 在"實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)"子步驟中，將實(shí)驗(yàn)方案中包含的實(shí)驗(yàn)次數(shù)記為k，則基于磨機(jī)負(fù) 荷參數(shù)的全部實(shí)驗(yàn)方案表示為：
[0019] Q)
[0020] 分別表示第1次實(shí)驗(yàn)的料球比、磨礦濃度和充 填率；
[0021] 在"磨機(jī)負(fù)荷計(jì)算"子步驟中，針對實(shí)驗(yàn)方案中每次實(shí)驗(yàn)中給定的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù) 值，結(jié)合磨機(jī)的容積、物料、研磨介質(zhì)和水的密度W及介質(zhì)空隙率，采用如下公式計(jì)算磨機(jī) 負(fù)荷：
[0022] (2)
C3) (4)
[0023] 其中，（Lm)i、（Lw)i和(Lb)I分別表示第1次實(shí)驗(yàn)的物料負(fù)荷、水負(fù)荷、及鋼球負(fù)荷，單 位為kg; Pm、Pw和Pb分別為物料、水和鋼球的密度，單位為kg/m3; y為介質(zhì)空隙率，取0.38; Vmill 為磨機(jī)的有效容積，單位為m3;
[0024] 通過執(zhí)行公式(2巧lj(4)的求解過程k次，便得到基于磨機(jī)負(fù)荷的全部實(shí)驗(yàn)方案，采 用如下公式表示：
[00劇
巧)。
[0026] 優(yōu)選地，步驟B中包括磨機(jī)幾何模型構(gòu)建、磨機(jī)筒體FEM分析模型構(gòu)建、磨機(jī)負(fù)荷 DEM數(shù)值仿真模型構(gòu)建、FEM與DEM模型數(shù)據(jù)禪合處理、W及磨機(jī)筒體FEM模型振動分析五個 子步驟。
[0027] 優(yōu)選地，步驟B中，針對所述實(shí)驗(yàn)方案中的每一次實(shí)驗(yàn)，執(zhí)行所述五個子步驟，具體 過程為：
[0028] 子步驟（1):依據(jù)磨機(jī)的半徑、長度、W及筒體厚度，基于CAD軟件構(gòu)建磨機(jī)幾何模 型，并且將模型導(dǎo)出為FEM軟件支持的格式；
[0029] 子步驟（2):在FEM軟件中創(chuàng)建磨機(jī)有限元動力分析模型，其具體步驟包括：導(dǎo)入 CAD軟件生成的幾何模型、設(shè)置磨機(jī)材料屬性、定義磨機(jī)機(jī)械組成部件的裝配關(guān)系、對磨機(jī) 筒體和端蓋進(jìn)行網(wǎng)格劃分、輸出用于DBl軟件建模的磨機(jī)模型、定義磨機(jī)筒體的分析步 類型、設(shè)置FEM模型的邊界載荷、創(chuàng)建作業(yè)管理器并輸出有限元模型文件；
[0030] 子步驟(3):在DEM軟件中構(gòu)建磨機(jī)負(fù)荷數(shù)值仿真模型，其具體步驟包括:首先選擇 體現(xiàn)礦漿作用的具備粘性力的接觸模型，然后創(chuàng)建磨機(jī)、研磨介質(zhì)和物料共=種材料并定 義所述=種材料之間的接觸參數(shù)，接著創(chuàng)建研磨介質(zhì)和物料共兩種顆粒單元，接著導(dǎo)入FEM 軟件中輸出的磨機(jī)模型并定義旋轉(zhuǎn)運(yùn)動參數(shù)，最后創(chuàng)建研磨介質(zhì)和物料兩種顆粒工廠 并進(jìn)行計(jì)算和保存輸出結(jié)果；
[0031] 子步驟(4):進(jìn)行FEM與DEM模型數(shù)據(jù)的禪合處理，其具體步驟包括:通過限定FEM模 型中W節(jié)點(diǎn)為原點(diǎn)的球域范圍的方式，將DEM模型中輸出在網(wǎng)格單元上的力匹配到FEM模型 中的節(jié)點(diǎn)上，通過更改子步驟(2)中生成的有限元模型文件獲得新的磨機(jī)有限元模型文件；
[0032] 子步驟(5):進(jìn)行磨機(jī)筒體FM模型振動分析，其具體步驟包括:首先在FEM軟件中 導(dǎo)入新的磨機(jī)有限元模型文件，接著在FEM軟件的分析步模塊中進(jìn)行輸出設(shè)置，然后運(yùn)行 FEM軟件的作業(yè)模塊進(jìn)行仿真運(yùn)算，最后將不同方向的加速度信號合成W獲得磨機(jī)筒體上 某一點(diǎn)的加速度信號。
[0033] 優(yōu)選地，步驟C中包括時域特征提取、頻域特征提取、多組分信號自適應(yīng)分解、時頻 域特征提取和維數(shù)約減五個子步驟，并且依據(jù)模擬生成的磨機(jī)筒體振動加速度信號獲得源 于不同視角的多域特征。
[0034]優(yōu)選地，步驟C中，分別提取筒體振動信號的時域特征、頻域特征、W及對筒體振動 信號進(jìn)行自適應(yīng)分解而獲得的平穩(wěn)子信號的時頻域特征中的一種或幾種特征的組合，提取 過程采用如下公式表示：
[i (6)
[i C7)
[i (8)
[003引其中，表示采樣個數(shù)為N的筒體加速度信號，SV表示筒體振動，t表示時 域，f表示頻域，表示從筒體振動信號提取的時域特征，表示將筒體振動信號變換到 頻域提取的頻域特征，DECOM表示所采用的非平穩(wěn)多組分信號自適應(yīng)分解算法； ^^_DECOM);。?庶表示經(jīng)分解得到的第相國個平穩(wěn)子信號；馬DgWM，和 分別表示從第Jdecom個平穩(wěn)子信號提取的時域特征、頻域特征和時頻域特征，其中HT 表示希爾伯特變換；
，表示選擇得到的第j個尺 度的平穩(wěn)子信號的特征;Jdecom表示經(jīng)多組分信號自適應(yīng)分解算法分解獲得的有價值平穩(wěn)子 信號的數(shù)量。
[0039] 優(yōu)選地，步驟D中包括候選子模型構(gòu)建、W及集成子模型的選擇與合并兩個子步 驟，并且基于多域特征構(gòu)建基于選擇性集成策略的模糊推理模型。
[0040] 優(yōu)選地，步驟D中：
[0041] 在"候選子模型構(gòu)建"子步驟中，采用適合于描述磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)與筒體振動信號特 征的語言式Mamdani模糊模型構(gòu)建基于J個特征子集的候選子模型，其中基于特征子集Uj構(gòu) 建候選子模型的模糊規(guī)則表示如下：
[0042] 規(guī)則g:如果為Ag
[0043] 并且…
[0044] 并且 W//,為Cg
[0045] 那么 y 為 Qg (10)
[0046] 其中：
表示經(jīng)維數(shù)約簡過的特征子集，g=l，. . .，G，G為規(guī)則 的數(shù)目，h為特征子集U撕包含的特征數(shù)量;％為11沖的第一個特征;^品為U沖的第h個特 征;y表示磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)中的某一個；
[0047] 將AS、…、Cg、〇g的隸屬度函數(shù)分別取高斯型，并記為義 [004引采用重屯、法解模糊后，系統(tǒng)的輸出為：
[0049]
…）
[0050] 其中，J為某個磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)，Wg為乂=1對應(yīng)的數(shù)值；
[0051] 在"集成子模型的選擇與合并"子步驟中，優(yōu)化確定:集成子模型的數(shù)量、選擇的集 成子模型、W及選擇的集成子模型的加權(quán)系數(shù)，其表述為如下優(yōu)化問題：
[0化2] (13)
[0化3]
[0054] 其中，Ermsre表示均方根相對誤差，0t功設(shè)定闊值，k為樣本個數(shù)，yi為磨機(jī)負(fù)荷參數(shù) 第1個樣本的真值，f為選擇的集成子模型對第1個樣本的軟測量值，%^1為第jsel個集成子 模型對第1個樣本的預(yù)測值，是第jsel個集成子模型的加權(quán)系數(shù)，jsel=l，. . .，Jsel，Jsel 是最終選擇的集成子模型的數(shù)量;J是候選子模型的數(shù)量;少,是第j個候選子模型的預(yù)測輸 出；
[0055] 其中，第jsel個集成子模型的加權(quán)系數(shù)計(jì)算公式如下：
[0化 6]
(14)
[0057]其中萬知1為第jsel個集成子模型輸出值的標(biāo)準(zhǔn)差；
[0化引于是，磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型的輸出值J由下式計(jì)算：
[00巧
（巧）
[0060] 由此，得到基于磨機(jī)筒體振動數(shù)值仿真技術(shù)的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型。
[0061] 本發(fā)明的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型構(gòu)建方法具有如下優(yōu)點(diǎn):通過仿真計(jì)算磨機(jī)筒體 振動數(shù)值，能夠獲得準(zhǔn)確的基于研磨機(jī)理的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)軟測量模型，從而避免了直接測 量磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)時的不便性及成本高等問題，可W為選礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)全流程的優(yōu)化控制和節(jié) 能降耗提供支持。另外，基于數(shù)值仿真構(gòu)建磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)機(jī)理模型是本發(fā)明首次開創(chuàng)性地 提出的，該模型對于深入理解磨機(jī)內(nèi)部的研磨機(jī)理、磨機(jī)筒體振動信號的產(chǎn)生機(jī)理、解釋磨 機(jī)筒體振動信號組成及其物理含義、指導(dǎo)筒體振動信號的多域特征選擇，W及彌補(bǔ)現(xiàn)有基 于數(shù)據(jù)驅(qū)動的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)軟測量模型和基于質(zhì)量平衡構(gòu)建的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)機(jī)理模型的 不足具有重大實(shí)際意義。
【附圖說明】
[0062] W下將參照附圖對根據(jù)本發(fā)明的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型構(gòu)建方法進(jìn)行描述。圖 中：
[0063] 圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型構(gòu)建方法的總體策略示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0064] 在開始詳述本發(fā)明的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型構(gòu)建方法之前，首先引入該構(gòu)建方法 中將可能設(shè)及的工具和概念。
[0065] 離散元分析(DEM):其為用作粒子流動分析的常用仿真工具。該方法用于粉磨過程 仿真，使得可W從更多視角詳細(xì)理解磨機(jī)研磨過程，如礦漿粘度、研磨介質(zhì)粒度分布、研磨 介質(zhì)間的沖擊力、能量損失譜、功率消耗等。
[0066] 有限元方法(FEM):其采用較簡單的問題代替復(fù)雜問題后再求解，其基礎(chǔ)是借助變 分原理和加權(quán)余量法將微分方程離散求解，主要用于結(jié)構(gòu)力學(xué)的數(shù)值模擬。磨機(jī)筒體可W 采用FEM建模。
[0067] 領(lǐng)域?qū)＜抑R:在實(shí)際工業(yè)過程中，領(lǐng)域?qū)＜彝ㄟ^視覺、聽覺、自動化系統(tǒng)的 實(shí)時過程數(shù)據(jù)、其它工作人員提供的實(shí)時語音信息等多種渠道，獲得大量互補(bǔ)與冗余的多 源信息，依據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行組合和處理，進(jìn)而對復(fù)雜工業(yè)過程運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效的理解和 認(rèn)知，即領(lǐng)域?qū)＜抑R。
[0068] 另外，在時域內(nèi)，機(jī)械振動/振聲信號的有價值信息往往被隱含在寬帶隨機(jī)噪聲信 號"白噪聲"內(nèi)，而進(jìn)行頻域分析是解決該問題的常用手段。本發(fā)明中將直接對原始筒體振 動和振聲信號進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)獲得的頻譜稱為單尺度頻譜。然而，基于信號平穩(wěn) 性和線性假設(shè)的FFT并不適合于處理具有非平穩(wěn)、非線性等特性的磨機(jī)振動和振聲信號。短 時傅里葉變換、小波分析、Wigner-Ville分布、進(jìn)化譜等非平穩(wěn)信號分析方法可改進(jìn)FFT的 全局表達(dá)能力，但均不能對原始信號進(jìn)行自適應(yīng)分解。
[0069] 再另外，磨機(jī)機(jī)械振動/振聲等多源信號與磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)間存在難W用精確數(shù)學(xué) 模型描述的非線性映射關(guān)系。模糊推理系統(tǒng)為具有機(jī)理復(fù)雜性、強(qiáng)禪合性、不確定性等特 點(diǎn)，難W建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜工業(yè)對象提供了強(qiáng)力工具。數(shù)據(jù)驅(qū)動模糊推理系統(tǒng)的辨 識包括結(jié)構(gòu)辨識和參數(shù)辨識兩部分，前者通常通過劃分樣本空間獲得，后者通過求解最小 化模糊推理系統(tǒng)誤差的優(yōu)化問題實(shí)現(xiàn)。
[0070] 如圖1所示，本發(fā)明所提出的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型構(gòu)建方法主要包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、 數(shù)值仿真、信號處理和構(gòu)建推理模型4個部分。具體來說，本發(fā)明的方法包括：
[0071] 步驟A:實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，即，依據(jù)工業(yè)實(shí)際計(jì)算磨機(jī)內(nèi)部負(fù)荷的波動范圍，并采用例如正 交實(shí)驗(yàn)、均勻?qū)嶒?yàn)等設(shè)計(jì)方法優(yōu)化用于執(zhí)行數(shù)值仿真的實(shí)驗(yàn)方案。
[0072] 步驟B:數(shù)值仿真，即，針對所述實(shí)驗(yàn)方案中的每一次實(shí)驗(yàn)，模擬仿真生成物理含義 明確的磨機(jī)筒體振動加速度信號。例如，緊密禪合例如由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件構(gòu)建的 磨機(jī)幾何模型、例如由有限元分析(FEM)軟件構(gòu)建的磨機(jī)有限元動力分析模型、例如由離散 元分析(DEM)軟件構(gòu)建的磨機(jī)負(fù)荷運(yùn)動數(shù)值仿真及分析模型，仿真產(chǎn)生所述實(shí)驗(yàn)方案中每 一次實(shí)驗(yàn)的磨機(jī)筒體振動加速度信號。
[0073] 步驟C:信號處理，即，對步驟B中生成的運(yùn)些振動加速度信號進(jìn)行多域(例如時域、 頻域、和時頻域等)特征的提取和選擇。W及
[0074] 步驟D:構(gòu)建推理模型，即，結(jié)合領(lǐng)域?qū)＜抑R提煉步驟C中提取和選擇的運(yùn)些特征 與磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)間的機(jī)理規(guī)則，構(gòu)建基于磨機(jī)筒體振動數(shù)值仿真技術(shù)的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理 模型。
[0075] W下再結(jié)合圖1對各個步驟做進(jìn)一步的說明。
[0076] 如圖1所示，步驟A(即實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段）中優(yōu)選可包括磨機(jī)內(nèi)部負(fù)荷參數(shù)確定、實(shí)驗(yàn) 方案設(shè)計(jì)和磨機(jī)負(fù)荷計(jì)算=個功能模塊(子步驟）。優(yōu)選可基于擬建模的實(shí)際磨礦過程，并 依據(jù)領(lǐng)域?qū)＜抑R，獲得最終實(shí)驗(yàn)方案。
[0077] 步驟B(即數(shù)值仿真階段）中優(yōu)選可包括磨機(jī)幾何模型構(gòu)建、磨機(jī)筒體FEM分析模型 構(gòu)建、磨機(jī)負(fù)荷DEM數(shù)值仿真模型構(gòu)建、FEM與DEM模型數(shù)據(jù)禪合處理、W及磨機(jī)筒體FEM模型 振動分析五個功能模塊(子步驟）。優(yōu)選面向?qū)嶒?yàn)方案中的每一次實(shí)驗(yàn)?zāi)M仿真生成物理含 義明確的磨機(jī)筒體振動加速度信號。
[0078] 其中，對磨機(jī)筒體進(jìn)行建模的目的是為磨機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)與生產(chǎn)維護(hù)提供理論依 據(jù)，探尋磨機(jī)筒體裂紋發(fā)展的機(jī)理因素，為采取預(yù)防措施提供理論依據(jù)和指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)。
[0079] 步驟C(即信號處理階段）中優(yōu)選可包括時域特征提取、頻域特征提取、多組分信號 自適應(yīng)分解、時頻域特征提取和維數(shù)約簡五個功能模塊(子步驟），并且依據(jù)模擬生成的磨 機(jī)筒體振動加速度信號獲得源于不同視角的多域特征。
[0080] 其中，面向機(jī)械振動信號的多域(時域、頻域、時頻域)特征提取和選擇的多組分信 號自適應(yīng)分解算法及維數(shù)約簡技術(shù)為磨機(jī)筒體振動信號分析提供了有力技術(shù)支撐。
[0081] 步驟D(即構(gòu)建推理模型階段）中優(yōu)選可包括候選子模型構(gòu)建、集成子模型的選擇 與合并兩個模塊(子步驟），并且基于多域特征構(gòu)建基于選擇性集成策略的模糊推理模型， 避免規(guī)則組合爆炸，實(shí)現(xiàn)有價值信息的選擇性融合。
[0082] 進(jìn)一步地，對于步驟A-一實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：
[0083] 已知的是，磨機(jī)內(nèi)部的負(fù)荷參數(shù)（W球磨機(jī)為例，包括料球比、磨礦濃度、充填率和 介質(zhì)充填率等)與磨機(jī)筒體振動信號密切相關(guān)。
[0084] 通常，介質(zhì)充填率是指球磨機(jī)靜止時，球磨機(jī)內(nèi)鋼球體積與鋼球之間的孔隙體積 之和占整個磨機(jī)內(nèi)腔體積的百分率;充填率是指球磨機(jī)靜止時，磨機(jī)內(nèi)鋼球、物料及水負(fù)荷 的體積之和占整個磨機(jī)內(nèi)腔體積的百分率。
[0085] 考慮到磨礦工業(yè)過程中的研磨介質(zhì)在磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的短時間內(nèi)變化不大，磨礦過程的 建模和磨機(jī)負(fù)荷的控制等研究中常把24或48小時內(nèi)的介質(zhì)充填率當(dāng)做常量處理。因此，本 發(fā)明中選擇料球比、磨礦濃度和充填率=個磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)作為影響磨機(jī)筒體振動信號變化 的實(shí)驗(yàn)因素。
[0086] 磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)的水平數(shù)，即磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)的取值點(diǎn)的范圍，通常需結(jié)合領(lǐng)域?qū)＜?知識和工業(yè)實(shí)際來確定，并要略寬于工業(yè)實(shí)際中的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)范圍W提高所構(gòu)建推理模 型的泛化性能。為了能夠W較少的實(shí)驗(yàn)樣本覆蓋盡量完備的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)分析空間，本發(fā) 明中，依據(jù)選定的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)的水平數(shù)采用正交實(shí)驗(yàn)、拉下方、均勻設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)。將實(shí)驗(yàn)方案中包含的實(shí)驗(yàn)次數(shù)記為k，則基于磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)的全 部實(shí)驗(yàn)方寶而W責(zé)親呆.
[0087] …
[0088] 分別表示第1次實(shí)驗(yàn)的料球比、磨礦濃度和充 填率。
[0089] 針對實(shí)驗(yàn)方案中每次實(shí)驗(yàn)中給定的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)值，結(jié)合磨機(jī)的容積，物料、研磨 介質(zhì)和水的密度W及介質(zhì)空隙率，采用如下公式計(jì)算磨機(jī)負(fù)荷（W球磨機(jī)為例，分別為物料 負(fù)荷、水負(fù)荷和鋼球負(fù)荷）。W第1次實(shí)驗(yàn)為例，磨機(jī)負(fù)荷的計(jì)算公式如下：
[Qnonl 任） (3) (4)
[0091] 其中，（Lm)i、（Lw)I和(Lb)I分別表示第1次實(shí)驗(yàn)的物料負(fù)荷、水負(fù)荷、及鋼球負(fù)荷，單 位為kg;Pm、Pw和Pb分別為物料、水和鋼球的密度，單位為kg/m3;ii為介質(zhì)空隙率，一般取 0.38; Vmiii為磨機(jī)的有效容積，單位為m3。
[0092] 通過執(zhí)行公式(2巧lj(4)的求解過程k次，便可W得到基于磨機(jī)負(fù)荷的全部實(shí)驗(yàn)方 案，采用如下公式表示：
[圓]
(5)〇
[0094]進(jìn)一步地，在步驟B-一數(shù)值仿真階段中，針對所述實(shí)驗(yàn)方案中的每一次實(shí)驗(yàn)，執(zhí) 行前述五個子步驟，具體過程為：
[00%]子步驟（1):依據(jù)擬分析的磨機(jī)的半徑、長度、W及筒體厚度等尺寸，例如基于CAD 軟件(如采用UG軟件等)構(gòu)建磨機(jī)幾何模型，并且例如將模型導(dǎo)出為FEM軟件能夠支持的格 式；
[0096] 子步驟(2):在軟件中創(chuàng)建磨機(jī)有限元動力分析模型，其步驟包括：導(dǎo)入CAD軟 件生成的幾何模型、設(shè)置磨機(jī)材料屬性、定義磨機(jī)機(jī)械組成部件的裝配關(guān)系、對磨機(jī)筒體和 端蓋進(jìn)行網(wǎng)格劃分、輸出用于DEM軟件建模的磨機(jī)FEM模型、定義磨機(jī)筒體的分析步類型、設(shè) 置FEM模型的邊界載荷、創(chuàng)建作業(yè)管理器并輸出有限元模型文件；
[0097] 子步驟(3):在DEM軟件中構(gòu)建磨機(jī)負(fù)荷數(shù)值仿真模型，其步驟包括:首先選擇體現(xiàn) 礦漿作用的具備粘性力的接觸模型，然后創(chuàng)建磨機(jī)、研磨介質(zhì)（W鋼球?yàn)槔┖臀锪瞎?種 材料并定義所述=種材料之間的接觸參數(shù)，接著創(chuàng)建研磨介質(zhì)和物料共兩種顆粒單元，接 著導(dǎo)入FEM軟件中輸出的磨機(jī)FEM模型并定義旋轉(zhuǎn)運(yùn)動參數(shù)，最后創(chuàng)建研磨介質(zhì)和物料兩種 顆粒工廠并進(jìn)行計(jì)算和保存輸出結(jié)果；
[0098] 子步驟(4):進(jìn)行FEM與DEM模型數(shù)據(jù)的禪合處理，具體包括:通過限定FEM模型中W 節(jié)點(diǎn)為原點(diǎn)的球域范圍的方式，將DEM模型中輸出在網(wǎng)格單元上的力匹配到陽M模型中的節(jié) 點(diǎn)上，通過更改子步驟(2)"創(chuàng)建磨機(jī)有限元動力分析模型"過程中最后生成的有限元模型 文件獲得新的磨機(jī)有限元模型文件；
[0099] 子步驟(5):進(jìn)行磨機(jī)筒體FM模型振動分析，其步驟包括:首先在FEM軟件中導(dǎo)入 新的磨機(jī)有限元模型文件，接著在軟件的分析步模塊中進(jìn)行輸出設(shè)置，然后運(yùn)行軟 件的作業(yè)模塊進(jìn)行仿真運(yùn)算，最后將不同方向的加速度信號合成W獲得磨機(jī)筒體上某一點(diǎn) 的加速度信號。
[0100] 本發(fā)明中，將采樣個數(shù)為N的筒體加速度信號標(biāo)記為，其中SV表示筒體振 動，t表示時域。
[0101] 進(jìn)一步地，對于步驟C 一一信號處理：
[0102] 磨機(jī)筒體振動加速度信號的不同的特征均從不同視角表征磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)信息，分 別提取筒體振動信號的時域特征、頻域特征、W及對筒體振動信號進(jìn)行自適應(yīng)分解而獲得 的平穩(wěn)子信號的時頻域特征，或者根據(jù)需要提取其中的一種或幾種特征的組合，提取過程 采用如下公式表示：
[0103] (6)
[0104] (7) CS) 「ni
[0106] 其中，表示采樣個數(shù)為N的筒體加速度信號，SV表示筒體振動，t表示時 域，f表示頻域，表示從筒體振動信號提取的時域特征，2^1表示將筒體振動信號變換到 頻域提取的頻域特征，DECOM表示所采用的非平穩(wěn)多組分信號自適應(yīng)分解算法，如經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài) 分解(EMD)，集合EMD化EMD)，希爾伯特振動分解化VD)，局部均值分解(LMD)，集成IiflKELMD) 等；UAv__ decom)./'dec〇m }"=1表不經(jīng)分解得到的束Jdec日M個平穩(wěn)子f目號；Zj誠CQM.，Z知ECOM 芽口瑞COM分別表示A第細(xì)COM個平穩(wěn)f信號提取的晰或特征、頻域特征柳寸頻域特征，腫 HT表示希爾伯特變換
，表示選擇得到的第j個 尺度的平穩(wěn)子信號的特征;Jdecom表示經(jīng)多組分信號自適應(yīng)分解算法分解獲得的有價值平穩(wěn) 子信號的數(shù)量。
[0107] 對上述特征進(jìn)行維數(shù)約簡，可采用例如基于互信息(MI)的特征選擇算法或基于潛 在特征提取的特征提取算法（如主成分分析（PCA)、核主成分分析（KPCA)、偏最小二乘 (PLS)、核偏最小二乘化化S)等)進(jìn)行維數(shù)約簡，將該過程記為：
[0108]
W
[0109]其中，山，...，Uj, . . .U康示經(jīng)維數(shù)約簡過的特征子集，其數(shù)量J = Jde(X)m+2。
[0110] 進(jìn)一步地，對于步驟D-一構(gòu)建推理模型：
[0111] 在"候選子模型構(gòu)建"模塊中，采用適合于描述磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)與筒體振動信號特征 的語言式Mamdani模糊模型構(gòu)建基于J個特征子集的候選子模型。W特征子集Uj為例，其模 糊規(guī)則表示如下：
[0112] 規(guī)則g:如果為Ag [011；3] 并且…
[0114] 并且W心為CS
[0115] 那么 y 為 Qg (10)
[0116] 其中^ 1
U E示經(jīng)維數(shù)約簡過的特征子集，g=l，...，G，G為規(guī)則 的數(shù)目，h為特征子集U非片包含的特征數(shù)量;為U沖的第一個特征;為U沖的第h個特 征；為便于描述，從此處起采用y表示前述=個磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)中的某一個。該模糊規(guī)則中， "…"表示省略的特征及其對應(yīng)的值。
[0117] 將AS、…、Cg、〇g的隸屬度函數(shù)分別取高斯型，并記為^3。
[0118] 采用重屯、法解模糊后，系統(tǒng)的輸出為：
[0119]
川）
[0120] 其中，步為某個磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)，Wg為=1對應(yīng)的I數(shù)值；
[0121] 本發(fā)明中，隸屬度函數(shù)、…、.和模糊規(guī)則數(shù)G可采用聚類方法確定，
能夠保證模糊規(guī)則結(jié)論部分與前提條件在實(shí)際意義上對應(yīng);產(chǎn)生新規(guī)則的闊值L對聚類結(jié) 果即模棚規(guī)剛敬量有官接的影響，可W依據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇;隸屬度函數(shù)寬度丫按下式確定：
[0122] (1:2)
[0123] 其中，q=A，. . . .，D，(W = L/2，L為產(chǎn)生新規(guī)則的闊值。
[0124] 在"集成子模型的選擇與合并"模塊中，需要優(yōu)化確定:集成子模型的數(shù)量、選擇的 集成子模型、W及選擇的集成子模型的加權(quán)系數(shù)，其可表述為如下優(yōu)化問題：
[0125] (13)
[0126]
[0127]其中，Ermsre表示均方根相對誤差，0t功設(shè)定闊值，k為樣本個數(shù)，yi為磨機(jī)負(fù)荷參數(shù) 第1個樣本的真值，j)嘴選擇的集成子模型對第1個樣本的軟測量值，為第jsel個集成子 模型（即，基于第jsei個多尺度頻譜特征建立的集成子模型)對第1個樣本的預(yù)測值，W/W是 第jsel個集成子模型的加權(quán)系數(shù)，jsel = l，. . .，Jsel，Jsel是最終選擇的集成子模型的數(shù)量;J 是候選子模型的數(shù)量;東/是第j個候選子模型的預(yù)測輸出。
[0128] 此處，對集成子模型進(jìn)行選擇與合并的步驟可W如下：（1)給定集成子模型數(shù)量； (2)基于分支定界(BB)和自適應(yīng)加權(quán)融合(AWF)算法選擇集成子模型并計(jì)算加權(quán)系數(shù)進(jìn)行 合并；（3)在選擇完具有不同子模型數(shù)量的最優(yōu)選擇性集成模型后，排序選擇具有最小建模 誤差的選擇性集成模型作為最終磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)軟測量模型。
[0129] 其中，第jsel個集成子模型的加權(quán)系數(shù)計(jì)算公式如下：
[0130]
(14)
[01川其中，為第jsel個集成子模型輸出值的標(biāo)準(zhǔn)差。
[0132]于是，磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型（即軟測量模型）的輸出值J由下式計(jì)算：
[01削
（樹
[0134] 由此，便可得到基于磨機(jī)筒體振動數(shù)值仿真技術(shù)的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型。
[0135] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解的是，在不沖突的前提下，上述各優(yōu)選方案可W自由 地組合、疊加。
[0136] 應(yīng)當(dāng)理解，上述的實(shí)施方式僅是示例性的，而非限制性的，在不偏離本發(fā)明的基本 原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可W針對上述細(xì)節(jié)做出的各種明顯的或等同的修改或替 換，都將包含于本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于數(shù)值仿真的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型構(gòu)建方法，其特征在于，包括： 步驟A:實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，即，計(jì)算磨機(jī)內(nèi)部負(fù)荷的波動范圍，并設(shè)計(jì)用于執(zhí)行數(shù)值仿真的實(shí)驗(yàn) 方案； 步驟B:數(shù)值仿真，即，針對所述實(shí)驗(yàn)方案中的每一次實(shí)驗(yàn)，模擬仿真生成磨機(jī)筒體振動 加速度信號； 步驟C:信號處理，即，對步驟B中生成的這些振動加速度信號進(jìn)行多域特征的提取和選 擇； 步驟D:構(gòu)建推理模型，即，提煉步驟C中提取和選擇的這些特征與磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)間的機(jī) 理規(guī)則，構(gòu)建基于磨機(jī)筒體振動數(shù)值仿真技術(shù)的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型構(gòu)建方法，其特征在于，所述步驟A中 包括磨機(jī)內(nèi)部負(fù)荷參數(shù)確定、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和磨機(jī)負(fù)荷計(jì)算三個子步驟。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型構(gòu)建方法，其特征在于，步驟A中： 在"磨機(jī)內(nèi)部負(fù)荷參數(shù)確定"子步驟中，選擇料球比、磨礦濃度和充填率三個磨機(jī)負(fù)荷 參數(shù)作為影響磨機(jī)筒體振動信號變化的實(shí)驗(yàn)因素； 在"實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)"子步驟中，將實(shí)驗(yàn)方案中包含的實(shí)驗(yàn)次數(shù)記為k，則基于磨機(jī)負(fù)荷參 數(shù)的全部實(shí)驗(yàn)方案表示為：(1) 其中，Omb)/、和〇bmW)/分別表示第1次實(shí)驗(yàn)的料球比、磨礦濃度和充填 率； 在"磨機(jī)負(fù)荷計(jì)算"子步驟中，針對實(shí)驗(yàn)方案中每次實(shí)驗(yàn)中給定的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)值，結(jié) 合磨機(jī)的容積、物料、研磨介質(zhì)和水的密度以及介質(zhì)空隙率，采用如下公式計(jì)算磨機(jī)負(fù)荷：其中，（Lm)i、（Lw)i和(Lb)i分別表示第1次實(shí)驗(yàn)的物料負(fù)荷、水負(fù)荷、及鋼球負(fù)荷，單位為 kg; pm、pjPpb分別為物料、水和鋼球的密度，單位為kg/m3 ;μ為介質(zhì)空隙率，取0.38; Vmm為磨 機(jī)的有效容積，單位為m3; 通過執(zhí)行公式(2)到(4)的求解過程k次，便得到基于磨機(jī)負(fù)荷的全部實(shí)驗(yàn)方案，采用如 下公式表示：(5>〇：4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型構(gòu)建方法，其特征在于，步驟B 中包括磨機(jī)幾何模型構(gòu)建、磨機(jī)筒體FEM分析模型構(gòu)建、磨機(jī)負(fù)荷DEM數(shù)值仿真模型構(gòu)建、 FEM與DEM模型數(shù)據(jù)耦合處理、以及磨機(jī)筒體FEM模型振動分析五個子步驟。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型構(gòu)建方法，其特征在于，步驟B中，針對 所述實(shí)驗(yàn)方案中的每一次實(shí)驗(yàn)，執(zhí)行所述五個子步驟，具體過程為： 子步驟(1):依據(jù)磨機(jī)的半徑、長度、以及筒體厚度，基于CAD軟件構(gòu)建磨機(jī)幾何模型，并 且將模型導(dǎo)出為FEM軟件支持的格式； 子步驟(2):在FEM軟件中創(chuàng)建磨機(jī)有限元動力分析模型，其具體步驟包括：導(dǎo)入CAD軟 件生成的幾何模型、設(shè)置磨機(jī)材料屬性、定義磨機(jī)機(jī)械組成部件的裝配關(guān)系、對磨機(jī)筒體和 端蓋進(jìn)行網(wǎng)格劃分、輸出用于DEM軟件建模的磨機(jī)FEM模型、定義磨機(jī)筒體的分析步類型、設(shè) 置FEM模型的邊界載荷、創(chuàng)建作業(yè)管理器并輸出有限元模型文件； 子步驟(3):在DEM軟件中構(gòu)建磨機(jī)負(fù)荷數(shù)值仿真模型，其具體步驟包括:首先選擇體現(xiàn) 礦漿作用的具備粘性力的接觸模型，然后創(chuàng)建磨機(jī)、研磨介質(zhì)和物料共三種材料并定義所 述三種材料之間的接觸參數(shù)，接著創(chuàng)建研磨介質(zhì)和物料共兩種顆粒單元，接著導(dǎo)入FEM軟件 中輸出的磨機(jī)FEM模型并定義旋轉(zhuǎn)運(yùn)動參數(shù)，最后創(chuàng)建研磨介質(zhì)和物料兩種顆粒工廠并進(jìn) 行計(jì)算和保存輸出結(jié)果； 子步驟(4):進(jìn)行FEM與DEM模型數(shù)據(jù)的耦合處理，其具體步驟包括:通過限定FEM模型中 以節(jié)點(diǎn)為原點(diǎn)的球域范圍的方式，將DEM模型中輸出在網(wǎng)格單元上的力匹配到FEM模型中的 節(jié)點(diǎn)上，通過更改子步驟(2)中生成的有限元模型文件獲得新的磨機(jī)有限元模型文件； 子步驟(5):進(jìn)行磨機(jī)筒體FEM模型振動分析，其具體步驟包括:首先在FEM軟件中導(dǎo)入 新的磨機(jī)有限元模型文件，接著在FEM軟件的分析步模塊中進(jìn)行輸出設(shè)置，然后運(yùn)行FEM軟 件的作業(yè)模塊進(jìn)行仿真運(yùn)算，最后將不同方向的加速度信號合成以獲得磨機(jī)筒體上某一點(diǎn) 的加速度信號。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型構(gòu)建方法，其特征在于，步驟C 中包括時域特征提取、頻域特征提取、多組分信號自適應(yīng)分解、時頻域特征提取和維數(shù)約減 五個子步驟，并且依據(jù)模擬生成的磨機(jī)筒體振動加速度信號獲得源于不同視角的多域特 征。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型構(gòu)建方法，其特征在于，步驟C中，分別 提取筒體振動信號的時域特征、頻域特征、以及對筒體振動信號進(jìn)行自適應(yīng)分解而獲得的 平穩(wěn)子信號的時頻域特征中的一種或幾種特征的組合，提取過程采用如下公式表示：(6) (7)其中，_|χ^ν ^表不米樣個數(shù)為N的筒體加速度信號，SV表不筒體振動，t表不時域，f表 示頻域，表示從筒體振動信號提取的時域特征，表示將筒體振動信號變換到頻域提 取的頻域特征，DECOM表示所采用的非平穩(wěn)多組分信號自適應(yīng)分解算法； {(<V__DE?) M),DEecM 表示經(jīng)分解得到的第^_個平穩(wěn)子信號；4 DETOM，<^^和 ZiH〇LcM分別表示從第jDECQM個平穩(wěn)子信號提取的時域特征、頻域特征和時頻域特征，其中 HT 表示希爾伯特變換：表示選擇得到的第j個尺 度的平穩(wěn)子信號的特征;Jdeccim表不經(jīng)多組分信號自適應(yīng)分解算法分解獲得的有價值平穩(wěn)子 信號的數(shù)量。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型構(gòu)建方法，其特征在于，步驟D 中包括候選子模型構(gòu)建、以及集成子模型的選擇與合并兩個子步驟，并且基于多域特征構(gòu) 建基于選擇性集成策略的模糊推理模型。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型構(gòu)建方法，其特征在于，步驟D中： 在"候選子模型構(gòu)建"子步驟中，采用適合于描述磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)與筒體振動信號特征的 語言式Mamdani模糊模型構(gòu)建基于J個特征子集的候選子模型，其中基于特征子集Uj構(gòu)建候 選子模型的模糊規(guī)則表示如下： 規(guī)則g:如果WiiSAg 并且… 并且^九為口 那么 y*Dg (10) 其中，//,· = ,···, ]表示經(jīng)維數(shù)約簡過的特征子集，g= 1，.. .，G，G為規(guī)則的數(shù) 目，h為特征子集所包含的特征數(shù)量;為4中的第一個特征；Μ/Λ為…中的第h個特征;y (11) 表示磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)中的某一個； 將AV··#，的隸屬度函數(shù)分別取高斯型，并記為; 采用重心法解模糊后，系統(tǒng)的輸出為： 其中，_^為某個磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)，18為/^ = 1對應(yīng)的jl數(shù)值； 在"集成子模型的選擇與合并"子步驟中，優(yōu)化確定:集成子模型的數(shù)量、選擇的集成子 模型、以及選擇的集成子模型的加權(quán)系數(shù)，其表述為如下優(yōu)化問題：其中，Ermsre表不均方根相對誤差，9th為設(shè)定閾值，k為樣本個數(shù)，y1為磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)第1 個樣本的真值，f為選擇的集成子模型對第1個樣本的軟測量值，為第jse3l個集成子模 型對第1個樣本的預(yù)測值，是第払1個集成子模型的加權(quán)系數(shù)，j sei=l，. . . 是 最終選擇的集成子模型的數(shù)量;J是候選子模型的數(shù)量;|'_/是第j個候選子模型的預(yù)測輸 出； 其中，第jsd個集成子模型的加權(quán)系數(shù)計(jì)算公式如下：(14； 其中，為第個集成子模型輸出值·??? 的標(biāo)準(zhǔn)差； 于是，磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型的輸出值?由下式計(jì)算： 由此，得到基于磨機(jī)筒體振動數(shù)值仿真技術(shù)的磨機(jī)負(fù)荷參數(shù)推理模型。 (15)
【文檔編號】G06F17/50GK105956334SQ201610387736
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】湯健, 柴天佑, 劉卓, 吳志偉, 周曉杰, 丁進(jìn)良, 遲瑛, 賈美英
【申請人】中國人民解放軍61599部隊(duì)計(jì)算所, 東北大學(xué)