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论文中文题名:

 数据驱动的采煤机健康状态评估技术研究及应用    

姓名:

 李彦川    

学号:

 18205024036    

保密级别:

 保密(1年后开放)    

论文语种:

 chi    

学科代码:

 080402    

学科名称:

 工学 - 仪器科学与技术 - 测试计量技术及仪器    

学生类型:

 硕士    

学位级别:

 工学硕士    

学位年度:

 2021    

培养单位:

 西安科技大学    

院系:

 机械工程学院    

专业:

 测试计量技术及仪器    

研究方向:

 生产过程控制与设备维护    

第一导师姓名:

 曹现刚    

第一导师单位:

 西安科技大学    

论文提交日期:

 2021-06-24    

论文答辩日期:

 2021-06-01    

论文外文题名:

 Research and application of data-driven shearer health evaluation technology    

论文中文关键词:

 采煤机 ; 健康状态评估 ; 异常值检测 ; 遗传算法 ; BP神经网络 ; 极端梯度提升树    

论文外文关键词:

 Shearer ; Health status evaluation ; Outlier detection ; Genetic algorithm ; BP neural network model ; Extreme gradient boosting tree algorithm    

论文中文摘要:

采煤机是煤炭开采过程中最基本、核心的大型复杂设备之一,加强对采煤机的状态监测、准确评估采煤机健康状态、及时进行预前维护,对煤炭安全开采具有不可忽视的工程意义。本文针对采煤机运行可靠性低、监测参数冗余、健康状态评估效率不高等问题,以电牵引采煤机为研究对象,分析采煤机基本结构及易发故障部位以选取采煤机监测指标参数、研究采煤机状态参数异常值检测方法、构建采煤机健康状态评估体系、研究数据驱动的采煤机状态评估方法、开发健康状态评估系统,提高采煤机运行可靠性和提升采煤机健康管理水平。

首先,分析采煤机主要结构、总结常见故障发生位置和发生原因,阐述数据驱动的采煤机健康状态评估技术基本框架。通过对采煤机监测参数选取、数据预处理、评估模型构建等主要理论进行分析,为采煤机健康状态评估工作的展开提供理论基础。

其次,针对采煤机运行过程中产生的数据异常值影响评估效率等问题,分别提出基于LOF和iForest算法的采煤机状态参数异常值检测方法,并对两种算法的参数进行优化,对比异常值检测算法对采煤机状态数据异常值检测的适用性;针对采煤机监测参数存在冗余性和相关性的问题,通过采煤机监测参数相关性分析筛选状态评估关键指标,构建采煤机健康状态评估指标体系。

然后,针对基于BP神经网络的状态评估方法易陷入局部极小值、评估效率不高等问题,引入遗传算法来优化BP神经网络模型,并对该采煤机状态评估方法进行实验验证;针对神经网络可解释性差、采煤机数据类别不平衡等问题,建立基于改进XGBoost的采煤机状态评估模型,通过对比分类错误率选择XGBoost模型关键参数的最优值,并计算改进后的XGBoost模型的平均准确率,验证评估方法的可行性。

最后,以状态评估算法研究为基础,基于LabVIEW和MATLAB脚本节点开发采煤机健康状态监测及评估系统。该系统可实现运行状态监测、状态评估、管理人员登录、数据库存储等功能,并利用实时运行数据对评估系统进行验证;选取采煤机历史运行数据对评估算法模型进行对比,为采煤机健康状态评估和健康管理工作提供有效的解决方法。

论文外文摘要:

The shearer is one of the most basic and core large-scale complex equipment in

the coal mining process. Strengthening the state monitoring of the shearer, accurately

assessing the health status of the shearer and timely pre-maintenance,it has engineering

significance that cannot be ignored for safe coal mining.Aiming at the problems of

low operating reliability of the shearer, redundant monitoring parameters and low effic-iency of health evaluation, the electric traction shearer is taken as the research object, and the basic structure and fault-prone parts of the shearer are analyzed to select the

shearer for monitoring index parameters, studying the detection method of the abnormalvalue of the shearer status parameter, constructing the shearer health evaluation system,researching the data-driven shearer status evaluation method, developing the health

evaluation system,improving the operation reliability of the shearer and enhancing the

health management level of coal mining machinery.

Firstly,this paper analyzes the main structure of the shearer, summarizes the locat-

ions and causes of common failures and describes the basic framework of data-driven shearer health assessment technology. Through the analysis of the main theories such

as the selection of the monitoring parameters of the shearer, data preprocessing, and

the construction of the evaluation model, it provides a theoretical basis for the evaluat-ion of the health status of the shearer.

Secondly, in view of the problem of data abnormal value generated during the

operation of the shearer affecting the evaluation efficiency, etc., the shearer state

parameter anomaly detection methods based on LOF and iForest algorithms are

respectively proposed, and the parameters of the two algorithms are optimized and the anomaly detection is compared. The applicability of the algorithm to the abnormal

detection of the state data of the shearer; in view of the redundancy and correlation

between the monitoring parameters of the shearer, the key indicators of the status

evaluation are screened through the correlation analysis of the monitoring parameters ofthe shearer, and the health status of the shearer is constructed Evaluation index system.

Then, in view of the problems that the state evaluation method based on BP

neural network is easy to fall into local minimum and the evaluation efficiency is not high, genetic algorithm is introduced to optimize the BP neural network model, and

the state evaluation method of the shearer is experimentally verified;Aiming at the pro-blems of poor interpretability of neural network and unbalanced data types of shearer,

this paper establishs a state evaluation model for the shearer based on the improved

XGBoost,selects the optimal value of the key parameters of the XGBoost model by

comparing the classification error rate, and calculates the average accuracy of the impr-oved XGBoost model Rate to verify the feasibility of the evaluation method.

Finally, based on the research of the state evaluation algorithm, the shearer health

state monitoring and evaluation system is developed based on LabVIEW and MATLABscript nodes.The system can realize several functions such as operation status monitorin-g, status evaluation, manager login, database storage, etc. It uses real-time operation

data of the shearer subsystem to verify the evaluation system with examples; By com-paring the evaluation algorithm model with the historical data of shearer, it provides aneffective solution for shearer health status evaluation and health management.

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中图分类号:

 TD421    

开放日期:

 2022-06-25    

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