神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在帶式輸送機(jī)張緊力控制系統(tǒng)中的應(yīng)用與對(duì)比

呂 杰

（山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責(zé)任公司， 山西 晉城 048214）

0 引言

帶式輸送機(jī)是煤礦生產(chǎn)中不可或缺的運(yùn)輸設(shè)備，其運(yùn)輸任務(wù)是靠輸送帶與滾筒之間的摩擦力作用實(shí)現(xiàn)的。因此，為保證帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸任務(wù)對(duì)張緊力的要求較高。張緊裝置作為輸送帶提供張緊力的系統(tǒng)，其關(guān)系著輸送帶是否能夠正常有序的運(yùn)行。但是，在實(shí)際生產(chǎn)中由于設(shè)備本身的工藝問(wèn)題以及動(dòng)態(tài)變化負(fù)載的影響，輸送帶在不同位置所承受的張力是變化的；同時(shí)，在不同的運(yùn)輸工況下帶式輸送機(jī)的張力也不同[1]。因此，對(duì)張緊力的合理控制保證輸送帶的張力在合理范圍之內(nèi)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)輸送帶安全、高效的運(yùn)行非常有意義。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法設(shè)計(jì)一套前饋控制模型實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)張力的提前預(yù)測(cè)，而后為其提供合理的張緊力。

1 前饋控制系統(tǒng)概述

帶式輸送機(jī)張緊裝置前饋控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)張緊裝置張緊力的提前預(yù)判并控制。根據(jù)其功能要求以及其實(shí)現(xiàn)的原理，可將前饋控制系統(tǒng)劃分為如圖1所示的四部分。

圖1 張緊裝置前饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

如圖1 所示，帶式輸送機(jī)張緊裝置前饋控制系統(tǒng)包括傳感器部分、預(yù)測(cè)部分、控制部分以及操作部分。其中，傳感器部分主要包括皮帶秤、電流傳感器以及張力傳感器；皮帶秤對(duì)輸送帶上實(shí)時(shí)煤炭運(yùn)量進(jìn)行檢測(cè)；電流傳感器對(duì)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)時(shí)電流進(jìn)行檢測(cè)；張力傳感器對(duì)輸送帶的實(shí)時(shí)張力進(jìn)行檢測(cè)。本系統(tǒng)的核心在于根據(jù)傳感器部分所檢測(cè)到的輸送帶的實(shí)時(shí)工況并采用優(yōu)化的RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶張力的提前預(yù)測(cè)，為后續(xù)下達(dá)指令提供依據(jù)?；陬A(yù)測(cè)部分可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶張力提前1 min 的預(yù)測(cè)，而后將預(yù)測(cè)值傳遞至控制部分，在PLC 控制器的作用下將指令傳遞至變頻器、打壓電機(jī)等機(jī)電部件，在液壓缸和張緊輪等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用下實(shí)現(xiàn)對(duì)張緊力的調(diào)整控制[2]，前饋控制系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的控制流程如圖2 所示。

為供應(yīng)商生產(chǎn)原材料j的0-1變量，生產(chǎn)不生產(chǎn)為供應(yīng)商對(duì)制造商供給原材料j的0-1變量；為制造商生產(chǎn)產(chǎn)品q的0-1變量；為制造商對(duì)銷售商提供產(chǎn)品q的0-1變量；為銷售商內(nèi)部處理產(chǎn)品q的0-1變量；為t時(shí)期銷售商對(duì)消費(fèi)者銷售產(chǎn)品q的0-1變量；為t時(shí)期消費(fèi)者使用產(chǎn)品q的0-1變量；為t時(shí)期回收商從消費(fèi)者回收產(chǎn)品q的0-1變量；為t時(shí)期產(chǎn)品q維修的0-1變量；為t時(shí)期回收商回收產(chǎn)品q處理的0-1變量；為t時(shí)期回收商向供應(yīng)商供給原材料v的0-1變量。

由于工程地質(zhì)條件較為特殊、復(fù)雜，因此，施工前期進(jìn)行了必要的開(kāi)挖填土施工，且把黏土作為主要的填土材料，保證其承載力要求。

當(dāng)預(yù)測(cè)系統(tǒng)判斷下一分鐘需要提供張緊力時(shí)，前饋系統(tǒng)會(huì)立即控制打壓電機(jī)提高轉(zhuǎn)速的同時(shí)打開(kāi)進(jìn)液閥，保證液壓缸的壓力在1 min 內(nèi)達(dá)到預(yù)設(shè)值。并實(shí)時(shí)根據(jù)預(yù)測(cè)部分的結(jié)果對(duì)液壓缸的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

圖2 前饋系統(tǒng)控制流程

2 前饋系統(tǒng)控制策略及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)算法的優(yōu)化

考慮到系統(tǒng)升壓響應(yīng)速度較慢且升壓較難的實(shí)際問(wèn)題，當(dāng)檢測(cè)到需要降低輸送帶張力，系統(tǒng)并不會(huì)在提前打開(kāi)卸壓，而會(huì)根據(jù)后續(xù)三種的檢測(cè)的結(jié)果判斷是否需要卸壓。當(dāng)后續(xù)3 min 檢測(cè)到的張力還需下降時(shí)，前饋系統(tǒng)控制液壓缸的壓力降低至前3 min 對(duì)應(yīng)的壓力值。該種控制策略，可以避免液壓缸壓力下降過(guò)快對(duì)系統(tǒng)造成沖擊，從而延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。

2.1 前饋系統(tǒng)控制策略

2.1.3 升壓控制策略

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法的應(yīng)用效果在很大程度上決定于網(wǎng)絡(luò)隱含層節(jié)點(diǎn)中心、基寬向量、權(quán)向量三個(gè)參數(shù)的合理性和有效性[4]。為保證最終帶式輸送機(jī)張緊力的控制效果，本系統(tǒng)采用差分進(jìn)化算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)隱含層節(jié)點(diǎn)中心、基寬向量、權(quán)向量是哪個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，具體優(yōu)化流程如圖3 所示。

為了實(shí)現(xiàn)前饋系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性，但輸送帶張緊力不變時(shí)，系統(tǒng)采取保壓控制策略，即將與對(duì)應(yīng)液壓系統(tǒng)的液壓缸閥門(mén)全部關(guān)閉；但是，打壓電機(jī)此時(shí)并未完全關(guān)閉，當(dāng)下一階段需要升壓時(shí)系統(tǒng)能夠快速將打壓電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)設(shè)值，并打開(kāi)進(jìn)液閥，在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到升壓的目的。

2.1.2 降壓控制策略

液壓缸是帶式輸送機(jī)張緊裝置的直接執(zhí)行元件，根據(jù)張緊力的控制過(guò)程可將液壓缸的工作狀態(tài)分為升壓、保壓和降壓。為保證前饋系統(tǒng)功能的正常實(shí)現(xiàn)一方面是可對(duì)帶式輸送機(jī)輸送帶下一分鐘所需張緊力的提前預(yù)判，另一方面是保證執(zhí)行元件可按照預(yù)定要求完成對(duì)液壓缸工作狀態(tài)的控制。因此，本節(jié)就上述兩個(gè)方面展開(kāi)研究。

根據(jù)輸送帶的實(shí)時(shí)工況，當(dāng)張緊力符合要求時(shí)，液壓缸保壓即可；當(dāng)輸送帶下一分鐘張緊力需要升高，液壓缸需要升壓；反之，液壓缸需要降壓。但是，液壓缸的上述三個(gè)工作狀態(tài)的響應(yīng)速度存在一定的差異。從原理上講，液壓缸的保壓和降壓響應(yīng)速度較快，即很容易達(dá)到預(yù)定目標(biāo)；液壓缸的升壓需要通過(guò)打壓電機(jī)配合變頻器打開(kāi)進(jìn)液閥緩慢實(shí)現(xiàn)其功能，其響應(yīng)速度較慢[3]。針對(duì)上述三種不同工況對(duì)應(yīng)不同的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，前饋系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)需采取不同的控制策略。

預(yù)防使用質(zhì)子泵抑制劑對(duì)慢性腎臟病患者上消化道出血有效性和安全性的Meta分析 …………………… 聶 丹等（24）：3435

除了海內(nèi)外展商靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的全方位展示之外，主辦方將圍繞鄉(xiāng)村振興大背景下行業(yè)普遍關(guān)心的熱點(diǎn)話題，三產(chǎn)融合高效推進(jìn)的成功案例，以及綠色農(nóng)業(yè)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)等核心議題策劃多場(chǎng)同期活動(dòng)。

隱形滲透。如介紹“哈雷彗星”“塔特爾彗星”等，在試用版(上海)高中地理新教材中，介紹了“月球的表面特征”，指出月球上的環(huán)形山大多以著名天文學(xué)家或?qū)W者的名字命名[3]，如貝利環(huán)形山、哥白尼環(huán)形山等，這里隱含著對(duì)上述天文學(xué)家和科學(xué)者的敬仰與紀(jì)念。

2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法優(yōu)化

2.1.1 保壓控制策略

圖3 基于差分進(jìn)化算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法流程

3 輸送帶張緊力控制系統(tǒng)的應(yīng)用

對(duì)帶式輸送機(jī)所需張緊力預(yù)測(cè)可通過(guò)張緊裝置電機(jī)電流進(jìn)行反應(yīng)。因此，本節(jié)通過(guò)基于差分進(jìn)化算法優(yōu)化后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法對(duì)輸送帶張緊力的預(yù)測(cè)精準(zhǔn)性通過(guò)對(duì)其電流進(jìn)行預(yù)測(cè)精準(zhǔn)性判斷預(yù)測(cè)效果。

3.1 平穩(wěn)工況下的預(yù)測(cè)效果

在平穩(wěn)運(yùn)行工況下，帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速基本處于恒定值，輸送帶上的負(fù)載由于煤炭粒度直徑大小不均勻，在合理范圍之內(nèi)波動(dòng)。在優(yōu)化后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法下，預(yù)測(cè)電流值與實(shí)測(cè)電流值對(duì)比如圖4 所示。

圖4 平穩(wěn)工況下張緊裝置電流預(yù)測(cè)效果對(duì)比

3.2 空載啟動(dòng)給煤工況下的預(yù)測(cè)效果

給煤工況是帶式輸送機(jī)在空載狀態(tài)下進(jìn)行啟動(dòng)，待完全啟動(dòng)后進(jìn)行給煤操作，對(duì)此工況下輸送帶張緊裝置電機(jī)的電流進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如圖5 所示。

圖5 空載啟動(dòng)給煤工況預(yù)測(cè)效果對(duì)比

如圖5 所示，在空載啟動(dòng)給煤工況下對(duì)張緊裝置預(yù)測(cè)電流與實(shí)測(cè)電流幾乎吻合。

4 結(jié)語(yǔ)

帶式輸送機(jī)為綜采工作面的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，輸送帶的張緊力對(duì)于保證其與滾筒的摩擦力尤為重要。但是，在實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中由于負(fù)載的動(dòng)態(tài)變化，需要對(duì)張緊力進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整[5]。為此，本文提出基于差分進(jìn)化算法對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶張緊力進(jìn)行預(yù)測(cè)的概念，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶張緊力控制的效果和響應(yīng)速度。

通過(guò)仿真分析可知，在平穩(wěn)運(yùn)行工況和空載啟動(dòng)給煤工況下均可以對(duì)刮板輸送機(jī)下一分鐘的張緊力進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，為今后實(shí)踐生產(chǎn)的推廣應(yīng)用奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。