[发明专利]基于粗糙集的煤流平衡自适应控制方法

说明书

本发明公开了一种基于粗糙集的煤流平衡自适应控制方法，按照设定的时间进行煤流状态信息数据采集，将这些煤流状态信息作为控制系统的输入，首先对这些煤流状态信息进行数据预处理，然后分析和确定影响煤流平衡自适应控制的条件属性和决策属性，利用粗糙集理论方法对条件属性进行属性约简，从约简后的最简属性集合中提取采煤机与刮板输送机自适应调速控制规则，最后利用随机森林算法进行规则提取，形成有效的煤流平衡自适应控制规则库，实现煤流平衡自适应控制。

技术领域

本发明涉及一种基于粗糙集的煤流平衡自适应控制方法。

背景技术

目前刮板输送机负载波动大、过载停机以及长时间轻载运行等现象在综采生产过程中普遍存在，不但影响设备的使用寿命，而且也严重影响出煤率。为避免此类现象的发生，保证刮板输送机连续运行，迫切需要对采煤机与刮板输送机之间的自适应调速方法进行研究。

煤流平衡自适应控制中的多个变量因素之间会互相关联，互相产生影响，例如采煤机的牵引电流与工况信息和煤岩特征等信息紧密相关；刮板机变频器频率与采煤量信息耦合；采煤机截割电机变频器频率与煤岩特征、采煤机的截割深度信息耦合。此外，采煤机的位置监测发射机安装在采煤机上，但位置信息接收机安装在液压支架上，因此得到的采煤机位置信息是第X号支架，并不是采煤机的精确位置信息，是一个模糊量；采煤机沿着综采面的运行是一个往复过程，运行状态受煤流状态、刮板运输机负载、采煤机的截割深度和每一次的走刀量等多种信息的影响，它的运行状态在不断改变，是一个复杂非线性运动并且具有不确定性。传统工况下，对采煤机与刮板机进行协同控制是依靠有经验的工人来实现的。

发明内容

为了将有经验的采煤工人的控制经验转化为控制方法和模型，使之能够自适应实现采煤机与刮板机协同运行。考虑到综采面工作的不确定性，模糊性和非线性性，本发明的目的是提供一种基于粗糙集的煤流平衡自适应控制方法，来实现对有经验采煤工人控制知识的萃取，利用属性约简和随机森林算法提取煤流平衡自适应控制规则，从而得到简明和表述准确的煤流平衡自适应控制方法。

本发明的技术方案是：一种基于粗糙集的煤流平衡自适应控制方法，其特征是，按照设定的时间进行煤流状态信息数据采集，将这些煤流状态信息作为控制系统的输入，首先对这些煤流状态信息进行数据预处理，然后分析和确定影响煤流平衡自适应控制的条件属性和决策属性，利用粗糙集理论方法对条件属性进行属性约简，从约简后的最简属性集合中提取采煤机与刮板输送机自适应调速控制规则，最后利用随机森林算法进行规则提取，形成有效的煤流平衡自适应控制规则库，实现煤流平衡自适应控制。

将引起采煤机与刮板机运行状态变化的因素确定为条件属性，包括离散型条件属性和连续型条件属性，共有8个；将煤流平衡自适应控制系统需要达到的目的确定为决策属性，共有4个。

采用基于属性核最小属性约简算法对4个决策属性进行属性约简，分析8个条件属性对每个决策属性的重要程度，将不重要的条件属性去掉，得到相对于每条决策属性的最简属性集合。

从约简后的最简属性集合中采用随机森林算法提取采煤机与刮板机自适应调速控制规则，将约简后的最简属性集合作为训练集，属性约简后的每一组数据都是一条决策规则，相同的决策规则会对应不同的条件属性，将这些条件属性整合，形成唯一组合作为结果集，构建煤流平衡自适应控制规则。

在控制规则中，每条决策规则都有所对应的唯一条件属性集合，当输入一组数据时，只需判断这组数据是属于哪条决策规则下的条件属性集合，即可按照所对应的决策规则对采煤机与刮板机的速度和运行调整，从而实现采煤机与刮板机的自适应调速。

煤流状态信息包括采煤机运行状态信息与刮板输送机状态信息。

数据预处理包括清洗处理和基于布尔逻辑的离散化处理，清洗处理又包括数据清洗和数据归一化两个方面。