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基于決策樹(shù)改進(jìn)隨機(jī)逼近煤礦輸送機(jī)系統(tǒng)智能群?jiǎn)?dòng)算法*

鄭茂全1，2，侯媛彬1，李學(xué)文1，聶永朝2，董田田1，陳夕紫1

(1.西安科技大學(xué) 電氣與控制工程學(xué)院,陜西 西安 710054；2.寧夏西北煤機(jī)有限公司，寧夏 石嘴山 750000)

摘要：在研究比較長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)方式的基礎(chǔ)上，針對(duì)長(zhǎng)距離多級(jí)煤礦輸送機(jī)重載啟動(dòng)撒落煤料問(wèn)題，提出一種基于決策樹(shù)改進(jìn)隨機(jī)逼近(IGSA-ISADT)煤礦輸送機(jī)系統(tǒng)群智能啟動(dòng)算法；該算法將長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)系統(tǒng)各子系統(tǒng)的輸送距離、膠帶寬度及驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率作為條件屬性，采用決策樹(shù)確定不同子系統(tǒng)啟動(dòng)斜率；加速段和勻速段分別按本子系統(tǒng)的啟動(dòng)斜率和控制誤差隨機(jī)逼近給定線(xiàn)速度。通過(guò)陜煤集團(tuán)某煤礦運(yùn)輸距離為3 400 m的四級(jí)煤礦運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行群智能啟動(dòng)仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明,該群智能啟動(dòng)比常規(guī)的比例積分控制啟動(dòng)各子系統(tǒng)逼近給定線(xiàn)速度效果好，最大線(xiàn)速度誤差減小到4.22%，不僅動(dòng)態(tài)誤差顯小而且運(yùn)行平穩(wěn)，可對(duì)多級(jí)輸送機(jī)重載協(xié)調(diào)啟動(dòng)預(yù)防煤料撒落提供一種參考。

關(guān)鍵詞：煤料撒落；決策樹(shù)；隨機(jī)逼近；子系統(tǒng)啟動(dòng)斜率；智能群?jiǎn)?dòng)

0引言

上世紀(jì)90年代中期之前，煤礦帶式輸送機(jī)的控制一般采用交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)與調(diào)速控制，也有采用液力偶合器或線(xiàn)性濕式離合器調(diào)速，這些方式控制調(diào)速能耗很大。隨著對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制方法改進(jìn)，目前煤礦帶式輸送機(jī)的控制主流采用變頻器調(diào)速控制；若不需調(diào)速則采用軟啟動(dòng)器。這2種設(shè)備的顯著特點(diǎn)是節(jié)能效果顯著，且啟動(dòng)、停機(jī)平滑。針對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家展開(kāi)了深入的研究，羅馬尼亞的Vlad Ion等針對(duì)長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)提出對(duì)異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)阻抗分析并實(shí)現(xiàn)能量監(jiān)測(cè)來(lái)改善系統(tǒng)的啟動(dòng)特性[1]；德國(guó)的Werner Ulrich等從三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析，給出了動(dòng)態(tài)偏心對(duì)于啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子橫向振動(dòng)分析模型[2]；巴西的Silva F B B等提出一種新型采用超導(dǎo)理論感應(yīng)電機(jī)的起動(dòng)方法，新的啟動(dòng)電流限制方法是基于使用高溫超導(dǎo)原理[3]；比利時(shí)的Debruyne Colin等研究了電源電壓畸變對(duì)異步啟動(dòng)永磁電機(jī)的能源效率的影響[4]；Meng Dawei等研究高壓異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)阻抗和啟動(dòng)特性的工程計(jì)算，提出了一套實(shí)用的電機(jī)暫態(tài)轉(zhuǎn)矩、電流、阻抗計(jì)算方法[5]。

國(guó)內(nèi)很多專(zhuān)家對(duì)于煤礦帶式輸送機(jī)的優(yōu)化控制作了大量研究。高潔對(duì)大型帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了深入的分析，確定了合理的啟動(dòng)曲線(xiàn)，并對(duì)液體粘性軟啟動(dòng)裝置的液壓系統(tǒng)以及機(jī)械系統(tǒng)和電控系統(tǒng)做了詳細(xì)的分析，從而提出如何利用液體粘性軟啟動(dòng)裝置來(lái)控制帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程[6]，周建中針對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸線(xiàn)路長(zhǎng)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)多、工藝過(guò)程復(fù)雜、運(yùn)輸量不均衡，頻繁不斷啟動(dòng)啟停車(chē)等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于ARM的集控制、保護(hù)于一體控制系統(tǒng)[7]。還有專(zhuān)家介紹采用變頻器對(duì)礦井的運(yùn)輸機(jī)或港煤運(yùn)輸控制比傳統(tǒng)的三相繞線(xiàn)電動(dòng)機(jī)串電阻控制節(jié)能效果顯著，重載啟動(dòng)和自動(dòng)調(diào)速平滑等特點(diǎn)[8-11]。長(zhǎng)距離煤礦帶式輸送機(jī)系統(tǒng)一般由多級(jí)運(yùn)輸距離不同帶式輸送機(jī)子系統(tǒng)組成，在重載啟動(dòng)時(shí)，即使采用變頻器調(diào)速控制，若對(duì)運(yùn)輸距離不同的多級(jí)輸送機(jī)子系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間控制不好或協(xié)調(diào)控制不夠，也會(huì)發(fā)生煤料撒落或膠帶抖動(dòng)的現(xiàn)象。針對(duì)這一問(wèn)題，作者對(duì)長(zhǎng)距離大傾角的煤礦帶式輸送機(jī)系統(tǒng)重載啟動(dòng)過(guò)程的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)阻力進(jìn)行了分析建模[12-13]。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)長(zhǎng)距離的煤礦輸送機(jī)系統(tǒng)，文中提出基于決策樹(shù)的改進(jìn)隨機(jī)逼近群智能啟動(dòng)算法(Intelligent group-starting algorithm based on Improved stochastic approximation of decision tree，IGSA-ISADT)。隨機(jī)逼近法是未知函數(shù)零點(diǎn)的一種遞推法，在基本Robbins Monro(MR)隨機(jī)逼近方法和加權(quán)的Kiefer Wolfowitz(KW)隨機(jī)逼近方法基礎(chǔ)[14-16]，近年來(lái)有多種改進(jìn)的隨機(jī)逼近算法，具有代表的是對(duì)隨機(jī)序列進(jìn)行截尾改進(jìn)得到新的改進(jìn)算法[17-18]。IGSA-ISADT將啟動(dòng)過(guò)程分成加速段和勻速段，首先根據(jù)長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)系統(tǒng)各子系統(tǒng)的輸送距離、膠帶寬度及驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率采用決策樹(shù)確定子系統(tǒng)的啟動(dòng)斜率，各子系統(tǒng)的加速段和勻速段分別按本子系統(tǒng)的啟動(dòng)斜率和控制誤差隨機(jī)逼近給定線(xiàn)速度，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

1系統(tǒng)建模

一般情況下，帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)定子三相繞組接成星形，則定子三相電流如式(1)所示。

(1)

三相電流產(chǎn)生合成的磁場(chǎng)是一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；一個(gè)電流周期，磁場(chǎng)在空中旋轉(zhuǎn)360°；旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)數(shù)為

(2)

式中p為極對(duì)數(shù)，p=2，交流異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為ne=1 480r/min；f1為定子電流頻率，f1隨著變頻器的輸出在{0，50Hz}變化。當(dāng)f1=50Hz時(shí)，n0為電機(jī)的同步速度。電機(jī)的轉(zhuǎn)差率S為

(3)

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦由轉(zhuǎn)差率求得

n=(1-S)n0.

(4)

一般情況下，異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)差率S為0.015～0.07，電磁轉(zhuǎn)矩是三相異步電動(dòng)機(jī)最重要的物理量之一，其中機(jī)械特性是它的主要特性。電磁轉(zhuǎn)矩T為

T=KmφI2cosφ2,

(5)

式中φ為磁通量；I2為轉(zhuǎn)子電流。

(6)

將I2代入T得出電磁轉(zhuǎn)矩

(7)

式中R2為轉(zhuǎn)子等效電阻;U1為定子繞組電壓；U電源電壓；X20為電動(dòng)機(jī)靜態(tài)(S=1)時(shí)轉(zhuǎn)子每項(xiàng)繞組的感抗；K為與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和電源頻率有關(guān)，φ2為相角。

根據(jù)帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)阻力分析，及上述驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所建的模型[13]，若不考慮負(fù)載變化引起的干擾，一級(jí)(單部)帶式輸送機(jī)運(yùn)動(dòng)微分方程如式(8)所示。

(8)

式中m為拉緊滾筒的等效質(zhì)量；c為系統(tǒng)的阻尼系數(shù)；k為系統(tǒng)的剛性系數(shù)；T為電磁轉(zhuǎn)矩。

v(k+1)=a1v(k)+a2v(k-1)+bu(k)-dw(k),

(9)

式中v(k+1)為帶式輸送機(jī)線(xiàn)速度的下一步差分；v(k)為帶式輸送機(jī)線(xiàn)速度的k時(shí)刻的值；w(k)為到阻力(包括負(fù)載)變化引起的干擾；a1,a2是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)；b為控制系數(shù)；u(k)為k時(shí)刻變頻器的控制量，帶式輸送機(jī)能否重載平穩(wěn)啟動(dòng)，是預(yù)防撒料故障的關(guān)鍵。

2基于決策樹(shù)的改進(jìn)隨機(jī)逼近煤礦輸送機(jī)群智能啟動(dòng)算法

長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)系統(tǒng)一般分為多級(jí)(帶式輸送機(jī)子系統(tǒng))，而且各級(jí)帶式輸送機(jī)子系統(tǒng)的輸送距離不一定相同，為了使各級(jí)帶式輸送機(jī)子系統(tǒng)能在規(guī)定的時(shí)間段動(dòng)態(tài)跟蹤給定的線(xiàn)速度，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)重載平穩(wěn)啟動(dòng)，提出基于決策樹(shù)改進(jìn)隨機(jī)逼近(IGSA-ISADT)群智能啟動(dòng)算法。該IGSA-ISADT群智能啟動(dòng)算法思路如下

1)根據(jù)Kiefer-Wolfoitz(KW)隨機(jī)逼近的思想，定義動(dòng)態(tài)隨機(jī)量為

(10)

式中u(k),k=1,2,3,…,n為統(tǒng)計(jì)的隨機(jī)序列；f(u)為衡量是否逼近真值的函數(shù)。

2)各級(jí)帶式輸送機(jī)子系統(tǒng)規(guī)定的啟動(dòng)時(shí)間為tir，其中角碼i表示第i級(jí)子系統(tǒng)，tr表示啟動(dòng)過(guò)程上升時(shí)間(加速段)，若平穩(wěn)啟動(dòng)過(guò)程無(wú)超調(diào)，則tir=tis，上升時(shí)間和調(diào)節(jié)時(shí)間相同。則將各級(jí)帶式輸送機(jī)子系統(tǒng)的變頻器的輸入控制量ui(k)定義為：按輸送機(jī)的啟動(dòng)加速斜率逼近和按勻速階段誤差逼近2部分，則IGSA-ISADT群智能啟動(dòng)算法由式(11)表示。

(11)

式中tgθi為啟動(dòng)加速斜率，上式為輸送機(jī)按啟動(dòng)加速斜率逼近；下式為勻速階段按誤差逼近；ei為第i級(jí)帶式輸送機(jī)子系統(tǒng)的給定電壓ui和反饋電壓ufi之差，ei=ui-ufi，當(dāng)ui>ufi時(shí)，ei為正的誤差，當(dāng)ui

3)各級(jí)輸送機(jī)子系統(tǒng)的給定啟動(dòng)的加速斜率tgθi由決策樹(shù)確定。

(12)

圖1　子系統(tǒng)啟動(dòng)加速斜率決策樹(shù)Fig.1　Decision tree of subsystemstarting acceleration slope

式中v0為給定的勻速運(yùn)行的線(xiàn)速度；tri為長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的第i級(jí)帶式輸送機(jī)子系統(tǒng)的加速時(shí)間。假設(shè)各級(jí)子系統(tǒng)膠帶寬度為Bi=1 200mm，運(yùn)輸距離為L(zhǎng)i，啟動(dòng)電機(jī)的功率Pi，以Bi,Li,Pi為條件屬性，tgθi為決策結(jié)果，設(shè)子系統(tǒng)輸送距離有3種，則對(duì)應(yīng)的決策樹(shù)由圖1給出。圖中xi為第i個(gè)子系統(tǒng)的啟動(dòng)加速段的斜率，即xi=tgθi.

3IGSA-ISADT群智能啟動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1　長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)

圖2　長(zhǎng)距離大傾角多級(jí)帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2　Structural sketch of multistage belt conveyer with the long distance and large

針對(duì)某煤礦3 400m長(zhǎng)的帶式輸送機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，其中第1級(jí)膠帶長(zhǎng)1 800m(位于運(yùn)輸大巷)、第2級(jí)膠帶長(zhǎng)1 200m(位于主斜井)、第3級(jí)膠帶長(zhǎng)200m(位于井口)、第4級(jí)膠帶長(zhǎng)200m(位于落煤點(diǎn)前)。其中第1級(jí)和第2級(jí)均為2部電動(dòng)機(jī)功率為400kW雙機(jī)驅(qū)動(dòng)，第3級(jí)和第4級(jí)均為100kW電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。該四部帶式輸送機(jī)帶寬均為1200mm，驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別命名為M1，M2，M3和M4，帶式輸送機(jī)額定帶速度為4m/s，電機(jī)供電電壓均采用1 140V，且主傳動(dòng)滾筒直徑均為1 250mm，該長(zhǎng)距離大傾角帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。根據(jù)實(shí)際工程，該四級(jí)式帶式輸送機(jī)系統(tǒng)逆煤流方向啟動(dòng)，首先啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M4，再啟動(dòng)M3，然后啟動(dòng)M2(即：M2j，j=1，2，指第2級(jí)膠帶輸送機(jī)子系統(tǒng)采用雙機(jī)驅(qū)動(dòng))，最后啟動(dòng)運(yùn)輸大巷M1(即：M1j，j=1，2，指第1級(jí)膠帶輸送機(jī)子系統(tǒng)采用雙機(jī)驅(qū)動(dòng)。

3.2　四級(jí)子系統(tǒng)群智能啟動(dòng)總體設(shè)計(jì)

圖3給出IGSA-ISADT群智能啟動(dòng)算法電動(dòng)機(jī)Mi(i=4，3，2，1)啟動(dòng)控制框圖。雙機(jī)驅(qū)動(dòng)的2個(gè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)必須同時(shí)啟動(dòng)，同步運(yùn)行。

圖3　四級(jí)子系統(tǒng)IGSA-ISADT群智能啟動(dòng)Fig.3　Four subsystem IGSA-ISADTintelligence group start

圖中給定帶式輸送機(jī)的線(xiàn)速度為ugi(表示按給定速度曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的第i級(jí)給定電壓)，被控對(duì)象為帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)Mi，控制器為IGSA-ISADT群智能啟動(dòng)算法，控制器的輸入為3維，分別為膠帶長(zhǎng)度L，寬度B和線(xiàn)速度的控制誤差e=ugi-ufi.

3.3　重載啟動(dòng)子系統(tǒng)斜率的確定

在井下長(zhǎng)距離多級(jí)帶式輸送機(jī)在重載啟動(dòng)時(shí)，若果啟動(dòng)太快，容易引起膠帶擺動(dòng)(震蕩)，會(huì)引起撒料，不僅對(duì)膠帶和托輥有磨損，嚴(yán)重時(shí)可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定。據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，若交流異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)加速時(shí)間ts按驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率Pe(kW)考慮為式(13)；也有按帶式輸送機(jī)的給定線(xiàn)速度v0(m/s)和加速度a(m/s2)來(lái)考慮為式(14)。

(13)

ts=[v0(m/s)/a(m/s2)]+5(s).

(14)

從圖2可知，四級(jí)運(yùn)輸機(jī)子系統(tǒng)的運(yùn)輸距離L1=1 800m，L2=1 200m，L3=L4=200m，參考式(13)和(14)，再考慮到其他因素，采用圖1子系統(tǒng)啟動(dòng)加速斜率決策樹(shù)對(duì)子系統(tǒng)的啟動(dòng)加速段的斜率進(jìn)行推理；將四級(jí)輸送機(jī)運(yùn)輸距離Li，對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率Pi，及膠帶寬度參數(shù)代入圖1，文獻(xiàn)[12-13]，考慮到第2級(jí)帶式輸送機(jī)子系統(tǒng)斜井的傾角，現(xiàn)場(chǎng)的穩(wěn)態(tài)想速度為v0=4m/s，可以推出該帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的四級(jí)子系統(tǒng)的啟動(dòng)加速斜率

x1=tgθ1=0.05m/s,x2=tgθ2=0.073m/s,x3=tgθ3=x4=tgθ4=0.16m/s.因此，可推導(dǎo)出該帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的四級(jí)輸送帶的IGSA-ISADT智能群?jiǎn)?dòng)算法在啟動(dòng)加速段的控制率ui(k)為

(15)

3.4　四級(jí)輸送機(jī)子系統(tǒng)啟動(dòng)仿真

根據(jù)帶式輸送機(jī)參數(shù)的選擇及其電動(dòng)機(jī)功率，參考式(9)，推得智能群?jiǎn)?dòng)的該帶式輸送機(jī)的離散化方程如式(16)所示。

vi(k+1)=ai1vi(k)+ai2v(k-1)+biu(k)-diw(k).

(16)

式中ui(k),i=1,2,3,4四級(jí)帶式輸送機(jī)子系統(tǒng)在加速度按式(15)計(jì)算，在勻速階段按(11)的下式計(jì)算。在針對(duì)第一級(jí)和第二級(jí)輸送機(jī)子系統(tǒng)的400kW的驅(qū)動(dòng)交流籠式三相異步機(jī)，可查得驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為2 698N·m，系統(tǒng)的阻尼系數(shù)c=0.53，系統(tǒng)的剛性系數(shù)k=0.02，將參數(shù)帶入到運(yùn)動(dòng)微分方程中，則有a11=a21=0.498，a12=a22=0.3；針對(duì)第三級(jí)和第四級(jí)輸送機(jī)子系統(tǒng)的100kW的驅(qū)動(dòng)交流籠式三相異步機(jī)，可查得驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為675N·m，系統(tǒng)的阻尼系數(shù)c=0.28，系統(tǒng)的剛性系數(shù)k=0.011，100kW子系統(tǒng)的拉緊滾筒的等效質(zhì)量不到400kW系統(tǒng)的拉緊滾筒的等效質(zhì)量的一半，同理求得，a31=a41=0.472,a12=a22=0.33.

在該煤礦運(yùn)輸機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，子系統(tǒng)四級(jí)帶式輸送機(jī)每隔15s逆煤流啟動(dòng)，即啟動(dòng)順序?yàn)镸4，M3，M2和M1，首先啟動(dòng)落煤點(diǎn)前的第四級(jí)帶式輸送機(jī)M4，按15s的延遲逐級(jí)啟動(dòng)，45s后啟動(dòng)位于大巷的第一部雙機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)M1.對(duì)式(16)的噪聲項(xiàng)，現(xiàn)采用MATLAB的w(k)=randn(1，80)來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)噪聲表示啟動(dòng)過(guò)動(dòng)態(tài)阻力變化，由于randn產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)幅值最大約為{-2.7，2.7}，所以取其增益di=0.02，相當(dāng)于給四段膠帶的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)模型中均加0.05噪聲，取加速段的斜率x1=x2=x3=x4=0.16m/s，采用常規(guī)PI控制等斜率啟動(dòng)仿真如圖4所示。

圖4　四段膠帶PI控制等斜率啟動(dòng)仿真Fig.4　PI control simulation of four belt in same slope start

圖4中，直線(xiàn)為四級(jí)輸送機(jī)子系統(tǒng)的給定線(xiàn)速度u(m/s)，帶“*”線(xiàn)為各子系統(tǒng)的仿真線(xiàn)速度v(m/s)，可見(jiàn)，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程速度誤差一直存在，且在k=70 s時(shí)最大誤差達(dá)13%多，偶爾會(huì)發(fā)生啟動(dòng)膠帶抖動(dòng)煤料撒落問(wèn)題。在同樣噪聲下，考慮到四級(jí)帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸距離Li和驅(qū)動(dòng)功率Pi不同由決策樹(shù)得到ui(k)式(15)，采用常規(guī)的PI控制該系統(tǒng)四部帶式輸送機(jī)按不同斜率給定下啟動(dòng)控制仿真結(jié)果如圖5(a)所示。IGSA-ISADT群智能啟動(dòng)仿真如圖5(b)所示。

圖5　按決策樹(shù)的斜率四級(jí)輸送機(jī)群?jiǎn)?dòng)Fig.5　Group-start simulation ofheavy load in different slope(a)不同斜率給定PI控制重載群?jiǎn)?dòng)仿真(b)IGSA-ISADT群智能啟動(dòng)仿真

將圖5采用PI和IGSA-ISADT(表中簡(jiǎn)寫(xiě)成IT)群智能啟動(dòng)仿真動(dòng)態(tài)誤差數(shù)值列于表1.

從圖和表可見(jiàn)，對(duì)同一系統(tǒng)，IGSA-ISADT控制群?jiǎn)?dòng)和PI控制群?jiǎn)?dòng)動(dòng)態(tài)誤差相比較，對(duì)于第三級(jí)膠帶輸送機(jī)和第四部膠帶輸機(jī)，在啟動(dòng)過(guò)程中，k=50 s時(shí)，PI控制誤差達(dá)到13.98%，而前者控制誤差在1.26%以下；對(duì)于長(zhǎng)距離的第二部膠帶輸機(jī)子系統(tǒng)，k=70 s時(shí)，PI控制的誤差達(dá)到-14.11%，而前者最大控制誤差為4.22%以下；對(duì)于長(zhǎng)距離的第一部膠帶輸機(jī)子系統(tǒng)，k=80 s時(shí)，控制誤差達(dá)到-13.65%，而前者控制最大動(dòng)態(tài)誤差3.6%以下。分析結(jié)果表明，依據(jù)多級(jí)帶式輸送機(jī)重載啟動(dòng)IGSA-ISADT斜率智能群?jiǎn)?dòng)的誤差均小于常規(guī)PI控制的誤差，可防止在啟動(dòng)過(guò)程中膠帶抖動(dòng)引起的煤料撒落。

表1　四部帶式輸送機(jī)采用PI和IGSA-ISADT群智能啟動(dòng)仿真動(dòng)態(tài)誤差數(shù)值(%)

4結(jié)論

文中針對(duì)長(zhǎng)距離大傾角不同輸送距離分級(jí)運(yùn)輸?shù)拿旱V帶式輸送機(jī)系統(tǒng)，采用常規(guī)的PI控制分級(jí)啟動(dòng)引起膠帶抖動(dòng)煤料撒落的問(wèn)題展開(kāi)研究，論文的創(chuàng)新性貢獻(xiàn)點(diǎn)有

1)在綜述國(guó)內(nèi)外相關(guān)帶式輸送機(jī)控制與啟動(dòng)方法基礎(chǔ)上，針對(duì)長(zhǎng)距離多級(jí)輸送機(jī)重載啟動(dòng)撒落煤料問(wèn)題，研究、分析比較長(zhǎng)距離大傾角的帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)阻力，并建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；

2)提出了一種基于決策樹(shù)改進(jìn)隨機(jī)逼近(IGSA-ISADT)煤礦輸送機(jī)系統(tǒng)群智能啟動(dòng)算法，該算法將長(zhǎng)距離不同運(yùn)輸距離的帶式輸送機(jī)子系統(tǒng)的啟動(dòng)控制律分為加速段和勻速段，加速段和勻速段分別按本子系統(tǒng)的啟動(dòng)斜率和控制誤差隨機(jī)逼近給定線(xiàn)速度；

3)提出煤礦輸送機(jī)系統(tǒng)的多級(jí)子系統(tǒng)系統(tǒng)將運(yùn)輸距離Li，對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率Pi、膠帶寬度B作為條件屬性，建立了啟動(dòng)加速斜率決策樹(shù)，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟動(dòng)加速段的斜率進(jìn)行推理，決策樹(shù)確定不同子系統(tǒng)啟動(dòng)斜率；

4)采用IGSA-ISADT的智能群算法對(duì)陜煤集團(tuán)某煤礦運(yùn)輸距離為3 400 m的四級(jí)煤礦運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行群智能啟動(dòng)仿真驗(yàn)證，并與常規(guī)PI控制分級(jí)啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程速度誤差均明顯減小，特別是大傾角的第二級(jí)輸送機(jī)子系統(tǒng)速度最大誤差從-14.11%下降到4.22%，該算法可對(duì)多級(jí)不同輸送機(jī)距離的煤礦帶式輸送機(jī)系統(tǒng)重載協(xié)調(diào)啟動(dòng)預(yù)防撒落煤料提供一種參考。

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Intelligent group-starting algorithm for coal mine belt conveyor-systembased on improved stochastic approximation of decision tree

ZHENG Mao-quan1，2，HOU Yuan-bin1，LI Xue-wen1，NIE Yong-chao2，DONG Tian-tian1,CHEN Xi-zi1

(1.CollegeofElectricalandControlEngineering,Xi’anUniversityofScienceandTechnology,Xi’an710054,China；

2.NingxiaNorthwestCoalMachineCo.,Ltd.,Shizuishan750000，China)

Abstract：On the basis of studying the starting mode of long distance belt conveyor system，aimed at the coal scattered problem of the long distance coal mine conveyor when multistage system heavy starting，the intelligent group-starting is presented for coal mine belt conveyor-system based on improved stochastic approximation of decision tree(IGSA-ISADT).In this algorithm，condition attributes are selected，which are the transmission distance，the belt width and the driving motor power of the belt conveyor subsystem with long distance，the decision tree is used to determine the starting slope of different subsystems.Acceleration section is started according to the starting slope，and the uniform section is controlled by the error of randomly approximate to given linear velocity.Group intelligent start is simulated using four level coal transport system with coal transport distance of 3 400 meters in a Shaanxi coal mine.The results show that the group intelligence is better than the conventional proportional integral control system，the maximum line speed error is reduced to 4.22%，not only the dynamic error is small but also the running is stable，the algorithm can provide a reference that coal scattered is prevented when heavy starting of coal belt conveyor with multilevel subsystem.

Key words：coal scattered；decision tree；stochastic approximation；start slope of subsystem；intelligent group start

中圖分類(lèi)號(hào)：TP 176；TD 76

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

通訊作者：鄭茂全(1964-)，男，甘肅蘭州人，教授級(jí)高工，E-mail:zhengmaoquan@sina.com

基金項(xiàng)目：中國(guó)煤炭科工集團(tuán)科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目(2011ZD007)

收稿日期：*2015-07-21責(zé)任編輯：高佳

文章編號(hào)：1672-9315(2016)01-0104-07

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2016.0118