一种多级胶带调速系统研究.pdf
第 4 3卷 第 1 期 2 0 1 7年 1月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n Vo 1 . 4 3 NO .1 J a n .2 0 1 7 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 0 1 0 0 4 2 0 6 DO I 1 0 . 1 3 2 7 2 / j . i s s n . 1 6 7 1 2 5 1 x . 2 0 1 7 . 0 1 . 0 1 1 原钢 , 李丽宏. 一种多级胶带调速系统研究E J ] . 工矿 自动化 , 2 0 1 7 , 4 3 1 4 2 - 4 7 . 一 种多级胶带调遽系统研究 原钢 , 李丽宏 C k原理工大学 信息工程学院 , 山西 太原0 3 0 0 2 4 摘 要 针 对现 有 多级胶 带调速 系统采 用二 维模 糊控 制 算法存 在调 节速 度与期 望速 度误 差较 大 的 问题 , 建 立了自适应神经模糊推理 系统模型, 设计 了一种基 于 自适应神 经模糊推理 系统模型 的多级胶 带调速 系统。 该调速 系统 以 第 1条 胶 带 的 瞬 时 流 量 和 实 时 速 度 为 输 入 量 , 以 变 频 器 的 调 节 频 率 为 输 出 量 实现 调 速 。 Ma t l a b仿 真 结果表 明 , 引入 自适应神 经模 糊推 理 系统模 型 的 多级胶 带调速 系统 的速 度误 差 可控 制在 2 以 下, 运量与带速匹配率得到 了优化 , 对现今煤矿企业的节能减排具有一定的应用价值 。 关 键词 带 式输送机 ;多级 调速 ;自适应神 经模 糊推 理 系统 ;模糊 控 制 ;节 能 中图分类 号 T D6 3 4 文 献标 志码 A 网络 出版 时间 2 0 1 6 1 2 3 O 1 0 0 2 网络 出版地 址 h t t p / / www. c n k i . n e t / k c ms / d e t a i l / 3 2 . 1 6 2 7 . TP . 2 0 1 6 1 2 3 0 . 1 0 0 2 . 0 1 1 . h t ml Re s e a r c h o f a k i nd o f mu l t i s t a ge be l t s p e e d r e g u l a t i o n s y s t e m YU AN Ga n g,LI Li ho ng C o l l e g e o f I n f o r ma t i o n E n g i n e e r i n g ,Ta i y u a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ,Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4 ,Ch i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f p r o b l e m o f b i g e r r o r b e t we e n a d j u s t me n t s p e e d a n d e x p e c t e d s p e e d o f e x i s t i n g mul t i s t a ge be l t s pe e d r e gu a l t i o n s y s t e m a do p t i ng t wo di me ns i on a l f uz z y c o nt r o l a l g or i t hm , a ki nd of a d a p t i v e n e u r a l f u z z y i n f e r e n c e s y s t e m ANF I S mo d e l wa s e s t a b l i s h e d,a n d a mu l t i s t a g e b e l t s p e e d r e g ua l t i o n s y s t e m ba s e d o n ANFI S wa s d e s i g ne d.The s p e e d r e g ua hi o n s y s t e m t a ke s i n s t a nt a n e o us f l o w a n d r e a l t i me s pe e d o f t he f i r s t be l t a s i npu t , a n d t a ke s r e gu l a t i n g f r e q ue nc y of f r e q u e nc y c o n ve r t e r a s o u t p u t t o r e a l i z e s p e e d e o n t r o 1 .Th e M a t l a b s i mu l a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h e s p e e d c o n t r o l e r r o r o f t h e s pe e d r e gu a l t i on s ys t e m i nt r od uc i ng ANFI S m o d e l i s be l o w 2 ,c a pa c i t y a nd be l t s pe e d ma t c hi n g r a t e a r e o pt i m i z e d,whi c h ha s c e r t a i n a p pl i c a t i on va l u e f o r e ne r g y s a v i ng a nd e mi s s i o n r e du c t i o n of c oa l mi ne 收稿 日期 2 0 1 6 - 0 7 2 8 ; 修回 日期 2 0 1 6 - 1 0 1 1 ; 责任编辑 张强。 作者简介 原钢 1 9 9 2 一 , 男 , 山西太原人 , 硕士研 究生, 研究方 向为检测技术与智能仪表 , E ma i l s t e e l y u a n l 1 6 3 . c o m。 [ 5] [ 6] [ 7] [ 8] 19 79, 44 2 22 6 2 45 . 李宏 , 张伯崇. 水 压致裂试 验过程 中自然 电位测 量研 究 E J ] . 岩 石力 学 与工 程 学 报 , 2 0 0 6 ,2 5 7 1 4 2 5 1 42 9 . 朱 涛 , 赵和云. 孕震过程 中冲 流电位地 电异常 的理论 研 究[ J ] . 地震学报 , 2 0 0 1 , 2 3 4 3 9 8 4 0 6 . C0RW I N R F, M ORRI S I ON H F . S e l f p o t e n t i a l v a r i a t i o n s p r e c e d i n g e a r t h q u a k e s i n c e n t r a l Ca l i f o r n i a [ J ] . Ge o p h y s i c a l R e s e a r c h L e t t e r s ,1 9 7 7 ,4 4 1 71 17 4. 李忠辉. 受载煤体变形破裂表面 电位效应及其机 理的 研 究[ D ] . 徐州 中国矿业大学 , 2 0 0 7 . [9] 吕岗岗, 沈荣喜 , 邱黎 明 , 等. 矿井 底板 突水 过程声 电 变化特征实验研究 [ J ] . 工矿 自动 化 ,2 0 1 5 , 4 1 1 O 16 19 . E l 0 ] 王恩元 , 李 忠辉 , 刘贞 堂 , 等. 受 载煤体 表面 电位效 应 的实验研 究 [ J ] . 地 球 物 理 学 报 , 2 0 0 9 , 5 2 5 1 3 1 8 1 3 25 . [ 1 1 ] 杨 天鸿 , 唐春安 , 朱万 成 , 等. 岩 石破 裂过程 渗流 与应 力耦合分析[ J ] . 岩土工程 , 2 0 0 1 , 2 3 4 4 8 9 4 9 3 . [ 1 2 1 B I OT M A. Ge n e r a l t h e o r y o f t h r e e - d i me n s i o n a l c o n s o l i d a t i 0 n [ J ] . J o u r n a l o f Ap p l i e d P h y s i c s ,2 0 0 4 , 1 2 2 1 5 5 1 64 . 2 0 1 7年 第 1 期 原钢 等 一种 多级胶 带调 速 系统研 究 4 3 e nt e r p r i s e s. Ke y wo r d s be l t c on v e y o r;m u l t i s t a g e s p e e d r e gu a l a t i o n;ANFI S;f u z z y c o nt r o l ;e ne r g y s a v i n g 0 引 言 带式 输送 机是 目前 国 内大 中型煤 矿企 业 中必不 可少的运输设备口 ] , 多级长胶带联合调速系统 以下 简称调速系统 是将 2级及 2级以上 的胶带连接起 来 , 通过 对第 1条胶 带 的运量 和速度 的检 测 , 实 现对 后 续 2 ~ 条胶带 的速 度调节 的一种 节 能调 速 系统 。 这 种 系统主 要通过 调速来 减 轻空 载和轻 载状 况下 电 能 的浪 费嘲 。现有 的调速 系统 多采用 二维 模糊 控 制 算法 , 根据现场操作人员的经验生成控制规则 , 通过 输 入误 差 e和误 差 变 化 率 来 实 现 多 级 胶 带 的 调 速。该算法 的模糊控制规则基于现场操作人员的经 验 , 具 有 主观性 , 一旦 控 制 规 则 与 实 际情 况 不 符 , 那 么原调速系统的输出量便会偏大或偏小 , 造成带式 输送机非正常运转 , 严重 的还会导致急停 等故障。 模糊控制算法不具备 自学 习能力, 模糊控制规则 固 定不变 , 而实际的带式输送机运行情况复杂多变, 在 实 际调速 系统 运行 过 程 中 , 带式 输 送 机 需 要根 据环 境 和时 间做 出不 同 的调 整 , 所 以采 用 该 算 法 局 限 性 较 大 , 常 出现调 节 速 度 偏 离现 有 运 量 的 问题 。这些 问题都 直接 导致 了调 速 系 统 的非 正 常 运 转 , 使 得 其 调 节速 度与期 望速 度 的误 差增 大 。 针对上述 问题, 本文建立了 自适应神经模糊推 理 系 统 Ad a p t i v e Ne u r a l F u z z y I n f e r e n c e S y s t e m, ANF I s 模型㈨ , 设计 了一种基 于 自适应 神经模糊 推理 系统模 型 的多级 胶 带 调 速 系统 , 以第 1条 胶 带 的瞬 时流量 Q和实 时速 度 。 为输 入变 量 , 以变频 器 的调节频率 . 厂为输出变量 , 通过输 出变量来调节第 2 ~ 条胶带的带速 。ANF I S模 型通过对大量实 际 数据的采集学习、 联想 、 推理计算, 在模型内部建立 起 T S Ta k a g i S u g e n o 型 模 糊 推 理 系 统 F u z z y I n f e r e n c e S y s t e m, F I S , 采用反 向误差传播算法 和 最小二乘法相结合的“ 混合法” 来对其 中的模糊规则 和隶 属 函数参 数进 行 调 整 , 根 据对 现 场 数 据 的学 习 自动生成 i f - t h e n形式的模糊控制规则 , 以此来实现 最终的调速 , 达到带速与运量的匹配调节 ] 。 1调 速 系统 简介 多级胶 带 调 速 系统 结 构如 图 l 所 示 , 该 系统 由 多级 胶带 级 联 构 成 。假 设 该 系统 共 由 i 条 胶 带 组 成, 分别编号为 1号 , 2号 , ⋯ , i 号。系统主要分为 3 个 部分 控制 器 、 检 测装 置 和执 行 器 。其 中控 制器 采 用 P L C 来 实 现 对 整 个 系 统 的 调 节 控 制 , P L C 一 方 面用 来 控制 各 条 胶带 的启停 , 另一 方 面通 过 串 口线 与上位 机相 连 ] , 接 收上 位机 的指令 , 根据 上位 机中 ANF I S模型运算产生的调节频率对变频器频 率进行调节。检测装置分为托辊式带速检测传感器 和电子胶带秤 , 其中托辊式带速检测传感器用来测 量第 1 条及第 2 ~ 条胶带的实时速度 , 并将其发送 到 P L C 中; 电子胶 带 秤 只安 装 在 第 1条 胶 带 上 , 用 来测量不 同时刻系统的瞬时流量 Q; 称重仪表将接 收到的称重信号进行滤波处理后 , 经过 串行通信将 所测数据传入到上位机中进行处理。执行器由变频 器 和 电动机 组成 , 是速 度调 节 的直 接控 制单位 。 图 1多 级 胶 带 调 速 系统 结 构 本 文将 已经训 练 好 的 A NF I S模 型传 人 上位 机 中替换原 有 系统 中的人 工模 糊控制 规则 表 。系统将 不 同 时刻测 量所 得 的第 1条胶 带 的实 时 速度 和 瞬时流量 Q传入上位机 , 与上位机 中所存 的最佳匹 配带速对比, 如果达到最佳, 则不对第 2 ~i 条胶带 的带速作调整 ; 否则将这 2 个变量输入到 ANF I S模 型_ 6 ] 中, ANF I S模型根据这 2个输入量输出一个对 应 的调节频率 厂 , 然后 P L C将命令下发到执行器 中 实现控制 , 最终的调节速度即为该运量下 的优化匹 配速 度 。系统 工作流 程如 图 2所示 。 2 A N F I S 模 型 的设计 应用 模糊控 制 _ 7 是一 种基 于操作 经验 总结 出的用 自 然语 言表 述 的控制 策 略 , 它 的设 计 不 依 赖 于被 控 对 象的精确数学模型 , 易于被操作人员接受 。但模糊 控制 不 能将 人 类 的知 识 经 验 自动 转 换 为 推 理 规 则 库 , 隶属 函数 和控制 规则 容易 出现 主观性 偏差 , 缺乏 有效的方法优化隶属函数参数 以减小输出误差和提 4 4 工矿 自动 化 2 0 1 7年 第 4 3卷 而 开始 系统初始化 读第 1 条胶 带的 实时速度 和 瞬时流量 Q 将 变量输 入 ANF I S模型 二] 调整第 2 i 条 胶带频率 r 调节 电动机 结束 2系统 工 作 流 程 高性 能指标 。ANF I S是 由 J a n g R o g e r 提 出 的将 神 经 网络的学 习机制 引入模 糊 系统所 构成 的带有 人类 感 知 成分 的 自适应 系统 , 它兼顾 神经 网络 的非线 性 、 自适 应性 和模糊推 理 系统处理 复杂 问题 的优势 。典 型的 ANF I S模 型结 构如 图 3所 示 。 第 1层 第 2层 第 3层 第 4层 第 5层 图 3 典 型的 AN F I S模 型结 构 图 3所 示的 A NF I S模 型为双输 入单 输 出模 型 , 网络 结构分 为 5 层 , 从左 往右 依次 为模糊 化层 、 规则 推理 层 、 归一 化层 、 逆模 糊 化层 和 输 出层 。其 中 z , 为输 入变 量 ; 第 1层 中的 A , B i 一 1 , 2 分 别 为 , 模 糊 化后 所 得变 量 ; 第 2层 中的 Ⅱ 代 表模 糊 规则 ; 第 3 层 中的 N 代表归一化结 构; 为输 出变 量 。上述典 型结构 的规 则 库 由 以下 4条规 则 组 成 , 其 中 { 户 , , q } 为其输 出的一 阶数值 函数 参数 Rul e 1i f l i s A1 a n d 2 i s Bl , t he n y pl l q l 2 l Rul e 2 i f I i s A2 a nd 2 i s B2,t he n y P 2 l 十 q 2 2 r 2 Rul e 3 i f 1 i s A3 a n d 2 i s B3,t h e n y P3 3 7 l q 3 2 r 3 Ru l e 4 i f 1 i s A4 a n d 2 i s B4,t h e n y P4 1 q 1 2 调速系统的 ANF I S模型设计流程如图 4所示 。 1 确定 模 型结 构 建 立 ANF I S模 型时 , 首 先 要 假设一个参数化的模型结构 , 即建立一个初始模 I 1- l 训 练 A N F Is 模 型 确 定 模 型 结 构l { _. 一 导 入 训 练 数 据l I 选 取 训 练 算 法l 图 4 调速系统 ANF I S模型设计流程 糊 系统 。ANF I S模 型 中所 包 含 的初 始模 糊 系统 类 型为一 阶 T S型 模 糊 推 理 系 统 。要 确 定 初 始模 糊 系统的结构 , 需要先确定输入输 出变量 和初始隶属 函数。输入输出变量的确定 输入变量为瞬时流量 Q和带速 。 , 论域分别为I- 6 o o , 1 5 0 0 ] 和[ 0 . 5 , 2 3 ; 输 出变量为频率 -, ’ , 论域为[ 1 6 , 6 0 3 。将 2个输 入变量 的模糊子集都选取 为 7个 , 每一个模糊子集对应的 初始隶属函数都选取为高斯函数 g a u s s mf 『 8 , 其 表达式 为 , , ⋯. 、2 、 f x , , f 一e x p T 1 、 厶 口 , 式 中 口 为 位 置参 数 , 口决 定 曲线 的宽 度 ; f决 定 函 数 中心 的位 置 。 2 导人训 练数 据 采集 匹配 率 高 的 数 据 作 为 ANF I S模 型 的初 始 训 练样 本 并 导 入 ANF I S模 型 , 选 取 瞬时 流 量 Q 为 6 0 0 ~ 1 5 0 0 t / h时 相 对 应 的 均 匀分布的带速 。 和频率 厂并导人 AN F I S模型。 3 选 取 训 练 算 法 在 该 调 速 系 统 运 用 的 ANF I S模型中, 选取了“ Hy b r i d ” 混合法 来进行训 练 , 该 算法 结合 了误 差反传 播 B a c k P r o p a g a t i o n 学 习算法 即 B P算 法 和 最 小 二 乘 法 。调 速 系 统 中 的 ANF I S模 型结 构如 图 5 所 示 。 图 5 调速 系统 中的 A NF I S模 型结构 观察 图 5可 以发 现 , 该调速 系统 中的 ANF I S模 型和典型的 ANF I S模 型结构相 比, 没有 了逆模糊 化层 , 只有 4层 节点D o ] 。这 是 因为 本次 设计 采用 了 T s型初始化模糊系统 , 输出量为一阶线性 函数 , 是 2 0 1 7年第 1期 原钢等 一种多级胶带调速 系统研 究 4 5 清晰 量 , 不 需要 逆模 糊 化 , 所 以 , 该 系 统 的 网络 结 构 共有 4层 , 每层 的节点数分别为 1 4 , 4 9 , 4 9 , 1 , 此处 输入变量为 Q和 。 , 输出为 , 用 0 表示第 1层 第 i 个节点的输 出, 依此类推 。每层节点 的作用具 体分 析 如下 第 1层 该层为模糊化层 , 本层节点将输入信号 模糊 化 f O1 . 一 A Q , i 一 1 , 2 , ⋯, 7 ‘ 2 l 01 . J一 B . Q , 一 1 , 2 , ⋯, 7 式中 A 和B 为模糊子集 ; , , e .为模糊集的隶属 函数 , 此处为高斯函数, 其表达式为 ,⋯ e x p 3 这里 的[ , C i ] 称为前提参数 , 隶属函数 的形状 及拐点随着这些参数的变化而改变 。 第 2层 该层 为规则 推理层 , 本 层节 点用 于计算 各条规则的适用度 叫 , 即将各输入信号的隶属函数 相乘 , 并将乘积作为本规则的适用度。 Oz . 一 ∞ 一 A Q B 0 4 第 3 层 该层为归一化层 , 本层节点进行各条规 则适用度的归一化计算 , 即计 算第 i 条规则的适用 度∞ 与全部规则的 适用度之和 ∑叫 的比 值。 O3 . 一 一 / ⋯ 叫 5 第 4层 该层为输出层 , 本层为单节点 , 本层节 点用于计算各条规则 的输出并进行汇总 , 得 出该 系 统 的 总输 出 。 各 条规 则 的输 出如下 04 . 一 ∞ f 一 叫 Q q i 0 6 这 里 的 { P , q , } 称 为结论 参数 。 系统 的总输 出如下 ∑ 厂 0 5 . f 一∑ 一 7 厶 z 在该系统采用 的 ANF I S模 型结 构 中, 给定 前 提参数后 , AN F I S的输 出可以表示成结论参数的线 性组合 厂一 十 十 ⋯ , 一 一 。 ∞1 £ J 2 ⋯ U 7 ~ ∑ q 8 混合学习算法在该结构中的具体作用 ① 确定 前提参数 的初始值后运用最小二乘法 计算结论参 数 。② 根据结论参数进行误差计算 , 然后采用前馈 神经网络中的 B P算法将误差 由输 出端反 向传到输 入端, 用梯度下降法更新前提参数 , 从而改变隶属函 数 的形 状 。 由式 8 得 7 7 f 一∑ 2 ,f 一∑ q l 一 1 I 一 1 _r A X 9 式 中列 向量 x构 成结 论参 数集合 { P , q , r , ⋯ , P , q 7 , r 7 } 。 若 已有 P 组 输 入 输 出数 据 对 , 且 给定 前 提 参 数 , 则 矩 阵 A, X, ,的位 数 分 别 为 P2 1 , 2 1 1和 P1 。一般的, 样本数据的个数远大于未知参数的 个数 P 2 1 , 使 用 最 小 二乘 法 可 以得 到均 方 误 差最小 min lIA x 一 意义下的结论向量的最佳估 计 X , 即 X 一 A A 一 A f 1 O 4 训 练 ANF I S模 型 检 测是否 达 到事先 设 定 的精度要 求, 由此判 断下一步动作。另外 , ANF I S 模型_ 1 l _ 中的模糊控制 的参数规则可 以随时通过 数 据 的训练来 优 化 , 使 得 该 调 速 系统 具 有 了 自学 习 能 力 , 而原有 的二 维模 糊 控 制 算法 是 根 据 人工 经 验 所 得的控制表进行调节的, 模糊控制规则表固定不变 , 因此 , 采用 ANF I S模 型 的调 速 系 统避 免 了 不 同 时 节规 律对 调速 系统精 确度 的干扰 。 3 Ma t l a b仿 真 Ma t l a b的 S i mu l i n k L i b r a r y B r o ws e r 仿 真 模 块库 中设 有 专 用 的 模 糊 逻 辑 工 具 箱 F u z z y L o g i c To o l b o x , 可以方便 地设计模糊推理 系统 , 进行模 糊推理仿真 。此外 , Ma t l a b还提供 了 ANF I S模型 工具 箱 函数和 图形 化 编辑 工 具 , 能够 用 神 经 网络 对 大量 已知数据 进行 学 习、 联想 和推理 计算 , 从而建 立 起 T S型 FI S。 根据 第 2节 中所述 步骤 建立 ANF I S模 型 , 确 定 T - S型 F I S的规则 和 隶 属 函数 , 最 终 给 出输 出变 量 的表 达式 , 模 型训 练完 成 后 便 可 以将 其 运用 在 调 速 系统的上位机中实现调速。将 5 0组数据作为神经 网络 的训 练样 本 , 1 O组 数 据 作 为 测 试 样 本 , 每 一 组 数据均由输入变量 1号胶带 瞬时流量 Q, 1号胶带 速度 和输 出变量 调节频率 厂 组成。ANF I S模 型参 数 设 置 F I S生 成方 式 为 Gr i d p a r t i t i o n ;输 入 变量的 MF 隶属函数 个数为[ 7 , 7 ] ; 输入 MF类型 为 g a u s s mf ;输 出 MF类 型 为 L i n e a r ; 优 化 方 法 为 4 6 工矿 自动 化 2 0 1 7年 第 4 3卷 h y b r i d ; 误 差容 限为 0 ; 训练 次数 为 5 O 。 1 在 Ma t l a b的 ANF I S工具箱中载入训练数 据 和测试 数据 , 得 到如 图 6 所 示 的散点 图 。 图 6数 据 散点 图 2 采用 网格 分割法 Gr i d P a r t i t i o n 生 成 初始 化 F I S。 3 采用 “ Hy b r i d ” 混 合 法 训 练 神 经 网络 , 选 取训 练次数 为 5 O次 , 最 终 得 到 的误差 如 图 7所 示 。 误差 为 0 . 1 9 7 2 , 即 0 . 2 左 右 , 说 明训 练 具有 良好 的效 果 。 账 97 97 9 7 9 7 9 7 9 7 9 7 图 7 训 练误差 曲线 4 生 成 最 终 的 F I S , 其 最 终 的 空 间 曲线 关 系 如 图 8所示 。空 间 曲线 的 曲面越 光滑 、 平缓 , 该 系统 的性能 越好 。本 次仿 真得 出的 曲面基 本处 于平 滑状 态 , 说 明训 练效果 理想 。 1 N 0 是 一 - 一 2 2 0 图 8 二维模糊控制系统 的空间关系 曲线 分 别选 取 7 组 隶属 函数 , 最终 生成 7 7 4 9组 模糊规则。该仿真通过对数据的训练 自动生成模糊 规 则 , 现 随机 抽取 3组 进行 说 明 , 见表 1 。 模 糊 规 则前 标 号 是 模 糊 规 则 的序 号 , 查 阅 Ma t l a b中经过神经 网络训练后的参数 , 分别得 出这 3条 规则 下的输 出函数 为 表 1 模糊规则 2 . I f Q i s NB a n d 口 o i s NMt h e n ,i s o u t l mf 2 9 .I f Q i s NMa n d 0 i s NMt h e n fi s o u t l mf 9 4 7 .I f Q i s P B a n d V 0 i s P S t h e n f i s o u t l mf 4 7 f f 2 0 . 2 7 5 1 Q一 8 4 . 3 5 v o一 1 3 2 . 7 f 9 0 . 1 2 7 8 Q一 4 3 . 5 v o一 5 4 . 7 8 1 1 l f 4 7 0 . 2 9 8 2 Q一 2 . 1 2 1 。 一 1 . 2 4 8 可 以看 到 , 通过此 次仿 真 , 确定 了各个 输 出 函数 的结 论 参 数 , 吼, } , 将 生 成 的 模 型 载 入 上 位 机 中, 调速 系统 即可根 据模 型进行 调速 。 4现 场验 证 为 了验证 最 终 效 果 , 在 山西 古 交 某 中型 煤矿 选 取 了有 级联 关 系的 4条胶 带 进 行 测 试 , 其 在 厂 内 的 编号分别为 1 0 1 , 1 1 2 , l 1 3 , l 1 5 。其级联关系如 图 9 所示 。各 条胶 带 的规 格参 数见 表 2 。 1 01 号胶带 三 三 二 z 号 胶 带 - - -三 - - - - - - - 胶 带 秤 1 1 5号胶带 图 9 某煤矿 4 条胶带 的级联关 系 表 2 各条胶带 的规格参数 采集一 天 中不 同时刻 的 1 0组数 据来 进行 验证 , 分别 采集 瞬时 流量 Q, 第 1 0 1号 第 1级 胶 带 的带 速 。 , 将 其 传 人 上 位 机 中 已经 训 练 好 的 ANF I S模 型 , 得 出其余各条胶带的调节频率 _厂 , 由上位机将此 频率 传 给控 制 器 P L C [ 】 , 再 由 P L C控 制编 号 为 l 1 2 , 1 1 3 , 1 1 5的各条 胶带 的执 行 器 实现 调 速 。将 调 节后 的速度 与此刻 运量 匹配 的最佳 速 度 对 比 , 得 出误 差 , 见表 3 。从 表 3可 看 出 , 误差 在 2 以下 。 采 用人工 经验 二维 模糊 控制 的调 速系 统与采 用 ANF I S模 型 的调 速 系统 的调 节 速 度 的误 差 率 对 比 见 表 4 。从 表 4可 以看 出 , 采 用 ANF I S模 型后 , 系 统误 差 减小 了 0 . 4 以上 。 2 0 1 7年第 1期 原钢等 一种 多级胶 带调速 系统研究 4 7 表 3速 度误 差 瞬时流量Q / 实测速度 /调节频率调节速度最佳速度 /误差 t h m S -- 1 f / Hz v / m S m s 率/ 1 3 3 0 2 5 5 1 . 5 2 1 . 5 0 1 . 3 经过 ANF I S模型运算得 出的速度和最佳期望 速度 的对 比曲线 如 图 1 O所示 。由图 1 0可 以直观地 看出, 输 出的调节速度曲线与最佳速度 曲线基本重 合 , 说 明采 用 ANF I S模 型 的 调 速 系 统 的调 速 性 能 得 以大幅优 化 。 邑 \ 1 . 6 1 . 2 0 . 8 O -4 O 1 0 2 0 3 O 4 0 5 O 数组序号 图 1 0 经过 A NF I S模型运算 得出的速度和 最佳期望速度的对 比曲线 5 结语 将 ANF I S模 型 引 入 到 多 级 胶 带 调 速 系统 中 , 采用反向传播法和最/ b- “ 乘法结合的 昆 合算法对系 统输入的数据进行训练 , 得 出相应 的模糊控制隶属 函数 参数 和模 糊规 则 , 防止 了主 观性 偏 差错 误 的 出 现 。在实际运用中, ANF I s模型可以根据不同数据 的规律特征进行新 的训练 , 防止带式输送机的时变 性 干 扰 。Ma t l a b仿 真 结 果 表 明 , 引 入 ANF I S模 型 的调速 系统 的 速 度 误差 控 制 在 2 % 以下 , 运 量 与 带 速 匹 配率得 到 了优 化 , 对 现 今 煤 矿企 业 的节 能减 排 具有一定的应用价值。 、 参 考文献 [1] [ 2] [ 3] [ 4] [ 5] [ 6] [ 7] [ 8] [9 ] E l o 3 [ 1 1 ] [ 1 2 ] 马晓泽. 带式输送机 集中控制 系统改造设计 [ J ] . 工矿 自动化 , 2 0 1 2 , 3 8 4 8 9 9 1 . 李丽宏 , 王宏 , 武丽君. 多级长皮带联合调速节能 系统 的设计[ J ] . 软件 , 2 0 1 2 , 3 3 3 9 - 1 1 . 付雅婷 , 杨辉.基 于 ANF I S模 型的 高速 动车 组运行 优化控制 口] . 控制工程 , 2 0 1 6 1 0 1 5 7 2 1 5 7 7 . 孙伟 , 王慧 , 杨海群. 带式输送机变频调速节能控 制系 统研 究[ J ] . 工矿 自动化 , 2 0 1 3 , 3 9 4 9 8 1 0 1 . 邵杰 , 初学导. 基 于 P L C的模 糊 控 制变 频 调速 系 统 I- J ] . 电气 时代 , 2 0 0 5 , 1 0 1 2 - 3 . 王艳艳 , 尹少平 , 王灵梅 , 等. 基于 AN F I S模型 的风功 率超短期 预 测 研 究 [ J ] .自动 化 技术 与应 用 , 2 0 1 6 , 3 5 1 1 7 21 . 李 丽宏 , 王宏 , 武丽君. 模 糊控 制在 多级长皮带联 合调 速节能系统中的应用E J 3 . 软件 , 2 0 1 2 , 3 3 3 2 2 2 4 . 杨辉 , 朱凡 , 陆荣秀 , 张志勇. 基于 A NF I S模型 的 P r / N d萃取过程 预 测控 制 [ J ] . 化 工 学报 , 2 0 1 6 , 6 7 3 9 82 99 O. 白国振 , 俞洁皓. 基于改进 模糊神经 网络 的 P I D参数 自整定I- J ] . 计 算机应用研究 , 2 0 1 6 1 1 3 5 8 3 6 3 . 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