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CEEMDAN和样本熵相结合的球磨机负荷识别方法

刘吉顺 杨丽荣 罗小燕 程铁栋

刘吉顺,杨丽荣,罗小燕, 等. CEEMDAN和样本熵相结合的球磨机负荷识别方法[J]. 机械科学与技术,2021,40(2):249-256 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200037
引用本文: 刘吉顺,杨丽荣,罗小燕, 等. CEEMDAN和样本熵相结合的球磨机负荷识别方法[J]. 机械科学与技术,2021,40(2):249-256 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200037
LIU Jishun, YANG Lirong, LUO Xiaoyan, CHENG Tiedong. A Ball Mill Load State Identification Method in Combination with CEEMDAN and Sample Entropy[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(2): 249-256. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200037
Citation: LIU Jishun, YANG Lirong, LUO Xiaoyan, CHENG Tiedong. A Ball Mill Load State Identification Method in Combination with CEEMDAN and Sample Entropy[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(2): 249-256. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200037

CEEMDAN和样本熵相结合的球磨机负荷识别方法

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200037
基金项目: 国家自然科学基金项目(51464017)、江西省重点研发计划项目(20181ACE50034)与江西省教育厅科技项目(GJJ190452)
详细信息
    作者简介:

    刘吉顺(1995−),硕士研究生,研究方向为物料高效破碎,2621718365@qq.com

    通讯作者:

    杨丽荣,副教授,硕士,18978844@qq.com

  • 中图分类号: TD921

A Ball Mill Load State Identification Method in Combination with CEEMDAN and Sample Entropy

  • 摘要: 针对磨矿作业过程中球磨机的筒体内部情况复杂难以仅靠经验估计负荷状态的问题,提出一种自适应白噪声的完整经验模态分解(CEEMDAN)结合样本熵和极限学习机(ELM)的球磨机负荷状态识别方法。首先,通过CEEMDAN算法对不同负荷状态下原始信号进行分解,利用相关系数法筛选有效的IMF分量;然后,通过分析3种负荷状态下振动信号的有效IMF分量的样本熵在不同数据长度、嵌入维度和相似容限下的值,来确定计算样本熵的最佳参数。结果表明,3种负荷状态下振动信号的有效IMF分量样本熵有明显区别,可以有效识别出磨机不同负荷状态。将各组信号有效IMF分量样本熵作为ELM的输入,球磨机负荷状态为输出,建立了磨机负荷状态识别模型。利用磨矿实验进行验证,表明此种方法应用在球磨机负荷识别上的有效性,整体识别率高达96.81%,且对比于EMD-样本熵和MEEMD-样本熵,总体识别率分别提高了12.41%和9.01%。
  • 图  1  实验装置图

    图  2  原始信号的波形图

    图  3  模态分量相关系数误差棒图

    图  4  振动信号重构图

    图  5  欠负荷筒体振动重构信号

    图  6  不同负荷状态信号样本熵随数据长度的变化图

    图  7  不同负荷状态信号样本熵随相似容限变化图

    图  8  不同隐含层神经元个数和激活函数的RMSE

    图  9  模型测试识别率图

    表  1  不同负荷信号去噪效果比较

    负荷状态原始信号SNR/dB重构信号SNR/dB
    欠负荷 9.12 24.52
    正常负荷 10.36 25.53
    过负荷 8.25 27.41
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    表  2  不同算法处理后的信噪比

    算法SNR/dB
    EEMD11.23
    MEEMD24.35
    CEEMDAN27.41
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    表  3  不同负荷状态五组信号的有效IMF分量样本熵平均值

    磨机负荷状态IMF分量
    IMF1IMF2IMF3IMF4
    欠负荷 1.2542 0.2564 0.5895 0.4562
    正常负荷 0.9523 0.1245 0.3526 0.2564
    过负荷 0.5426 0.0254 0.1257 0.0859
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    表  4  不同负荷状态的部分信号IMF分量样本熵值

    负荷状态IMF分量
    IMF1IMF2IMF3IMF4
    欠负荷 1.1379 0.2133 0.6275 0.4689
    1.0596 0.2461 0.4853 0.4437
    1.2255 0.2831 0.3955 0.4026
    1.2630 0.0273 0.3978 0.4020
    正常负荷 0.7150 0.1562 0.3413 0.2199
    0.6109 0.1228 0.3238 0.4099
    1.0493 0.1829 0.3561 0.2984
    0.7637 0.1433 0.300 0.2491
    过负荷 0.5687 0.0771 0.1406 0.1130
    0.5003 0.1565 0.2836 0.2606
    0.5732 0.0873 0.1605 0.0893
    0.2677 0.0450 0.0725 0.0339
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    表  5  不同特征提取算法磨机负荷识别结果

    特征提取
    算法
    球磨机不同负荷状态识别率总体识别率/%
    欠负荷识别率/%正常负荷识别率/%过负荷识别率/%
    EEMD-样本熵86.783.383.384.4
    MEEMD-样本熵9086.786.787.8
    CEEMDAN-样本熵96.4695.1498.8596.81
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  • 收稿日期:  2019-09-17
  • 刊出日期:  2021-02-02

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