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改进箕舌线函数的LMS和BAS-LSSVM的衬板磨损状态预测

蔡改贫 赵鑫 李波波 郁慧

蔡改贫,赵鑫,李波波, 等. 改进箕舌线函数的LMS和BAS-LSSVM的衬板磨损状态预测[J]. 机械科学与技术,2023,42(6):923-933 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220049
引用本文: 蔡改贫,赵鑫,李波波, 等. 改进箕舌线函数的LMS和BAS-LSSVM的衬板磨损状态预测[J]. 机械科学与技术,2023,42(6):923-933 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220049
CAI Gaipin, ZHAO Xin, LI Bobo, YU Hui. Wear State Prediction of Crusher Liner Based on LMS of Improved Dustpan Tongue Function and BAS-LSSVM[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(6): 923-933. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220049
Citation: CAI Gaipin, ZHAO Xin, LI Bobo, YU Hui. Wear State Prediction of Crusher Liner Based on LMS of Improved Dustpan Tongue Function and BAS-LSSVM[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(6): 923-933. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220049

改进箕舌线函数的LMS和BAS-LSSVM的衬板磨损状态预测

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220049
基金项目: 国家自然科学基金项目(51464017)与江西省重点研发计划项目(20181ACE50034)
详细信息
    作者简介:

    蔡改贫(1964−),教授,博士生导师,博士,研究方向为智能矿山装备技术、智能监控及工业机器人,1123615286@qq.com

  • 中图分类号: TP274+.2

Wear State Prediction of Crusher Liner Based on LMS of Improved Dustpan Tongue Function and BAS-LSSVM

  • 摘要: 针对破碎机衬板磨损难以预测的问题,提出一种改进箕舌线函数的LMS和BAS-LSSVM的衬板磨损状态预测方法。首先,在最小均方误差算法(LMS)的基础上,引入改进的箕舌线函数,提出改进箕舌线函数的LMS算法,将其用于衬板超声回波信号的声时(TOF)的计算中;其次,通过TOF计算出衬板厚度,并根据衬板磨损前后的厚度变化得出磨损量;最后利用天牛须算法(BAS)优化最小二乘支持向量机(LSSVM)的惩罚因子$\gamma $和其核函数中的标准化参数$\sigma $,将磨损量作为预测模型的输入,衬板磨损阶段作为输出,建立BAS-LSSVM衬板磨损预测模型。结果表明,该方法对动锥衬板和定锥衬板的识别准确率分别达到了94.44%和95.56%,能够有效预测出衬板的磨损状态。
  • 图  1  TOF计算流程图

    图  2  超声回波信号采集系统结构图

    图  3  定锥衬板和动锥衬板实物图

    图  4  测点A1的超声回波信号

    图  5  不同测点的第1、第2和第3回波信噪比

    图  6  不同算法计算各测点TOF标准差

    图  7  不同算法的各测点测厚误差

    图  8  天牛须算法模型简化图

    图  9  BAS算法优化LSSVM预测模型流程图

    图  10  3种测试函数最优适应度曲线

    图  11  GA-LSSVM算法预测结果图

    图  12  WOA-LSSVM算法预测结果

    图  13  BAS-LSSVM预测结果

    表  1  人工测量衬板各测点厚度

    衬板测点编号厚度/mm
    定锥衬板 A1 45.48
    A2 46.07
    A3 48.86
    A4 48.91
    动锥衬板 B1 11.09
    B2 11.89
    B3 13.74
    B4 14.89
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    表  2  4种方法计算衬板各测点测厚的相对误差

    测点平均相对误差/%
    互相关法传统LMS
    算法
    基于箕舌线的
    LMS算法
    本文提出
    方法
    A10.3360.3070.2610.222
    A20.2680.2560.2460.242
    A30.4460.4060.3650.316
    A40.3760.3570.3460.338
    B10.3020.2980.2950.291
    B20.2960.2870.2780.272
    B30.5260.5050.4890.467
    B40.3650.3580.3430.324
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    表  3  衬板各测点磨损量及相对误差

    测点 人工检测
    磨损量/mm
    超声检测
    磨损量/mm
    相对误差/
    %
    A1 0.93 0.88 5.38
    A2 1.14 1.11 2.63
    A3 1.32 1.40 5.71
    A4 2.07 1.93 6.28
    B1 0.86 0.81 5.81
    B2 0.97 1.02 4.90
    B3 1.13 1.15 2.61
    B4 1.55 1.51 2.58
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    表  4  3种优化算法的初始参数设置

    算法名称参数名称对应值
    GA 最大迭代次数 200
    种群数量 20
    交叉概率 0.9
    变异概率 0.1
    WOA 鲸鱼数量 20
    最大迭代次数 200
    BAS 步长因子c1c2 3、10
    最大迭代次数 200
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    表  5  3种测试函数运行10次的平均最优解

    测试函数SphereGriewankRosenbrock
    GA 1.0426 0.2758 0.2244
    WOA 0.6193 0.0623 0.0446
    BAS 0.1258 0.0014 0.0715
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    表  6  3种预测模型预测准确率 %

    算法衬板磨合磨损阶段稳定磨损阶段破坏磨损阶段平均预测准确率
    GA-LSSVM 定锥 90 80.0 86.67 85.56
    动锥 90 86.67 86.67 87.78
    WOA-LSSVM 定锥 86.67 90 90 88.89
    动锥 90 86.67 93.33 90
    BAS-LSSVM 定锥 93.33 93.33 96.67 94.44
    动锥 93.33 96.67 96.67 95.56
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  • 收稿日期:  2021-06-25
  • 刊出日期:  2023-06-25

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