CN115496188A - 一种基于深度学习卷积神经网络的磨煤机故障预警方法 - Google Patents

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CN115496188A CN202211250351.9A CN202211250351A CN115496188A CN 115496188 A CN115496188 A CN 115496188A CN 202211250351 A CN202211250351 A CN 202211250351A CN 115496188 A CN115496188 A CN 115496188A
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Abstract

本发明公开了属于磨煤机状态监测与故障预警技术领域的一种基于深度学习卷积神经网络磨煤机故障预警方法,通过获取磨煤机历史正常工作状态的测点参数数据、选取与磨煤机堵煤故障相关测点参数数据作为输入变量,建立CNN‑LSTM‑Attention故障预警模型,并进行在线训练;获取CNN‑LSTM‑Attention故障预警模型所得到的预测值ym与实际值y之间的残差序列,通过滑动窗口法处理得到平均偏离度序列;采用核密度估计法计算平均偏离度序列的概率密度函数。本发明通过对历史数据进行建模,用算法挖掘出磨煤机设备在正常运行时的规律,避免各指标间的相互影响,结果相对从而实现对磨煤机的故障预警。

Description

一种基于深度学习卷积神经网络的磨煤机故障预警方法
技术领域
本发明属于磨煤机状态监测与故障预警技术领域,特别涉及一种基于深度学习卷积神经网络的磨煤机故障预警方法。
背景技术
我国电力行业正逐渐向安全高效、清洁低碳、灵活智能的现代电力工业体系转型发展,促进清洁能源的开发利用和化石能源的清洁化利用己成为能源电力转型发展的必然趋势。“十三五”以来,我国电力结构持续优化,非化石能源发电装机量快速提升。随着新能源发电机组大规模并入电网系统,由于新能源发电的间歇性及波动性,迫使燃煤火电机组频繁地工作在各种工况条件下,机组设备也随之频繁地变负荷,从而使得机组设备更容易发生故障。与此同时,燃煤火电机组也在积极推进节能减排工作,对烟气排放要求更加严格,迫使相关设备长期大功率运行,从而对火电机组及设备的安全可靠运行提出了更高的要求和挑战。然而,燃煤火电机组辅机设备众多、系统运行复杂,一旦发生重大故障,不仅会造成机组停运,还会影响电网的稳定性。因此,开展机组运行状态监测与故障预警的研究工作具有显著的现实意义。
现有技术中的方法是电力专家根据实际的应用场景,根据磨煤机运行的历史数据结合自身多年的电厂实践经验和专业知识,分析出设备的每个指标的正常的阈值范围,进而通过设置系统的正常阈值来进行故障预测。但是该方法存在明显的缺点,就是需要工作人员有深厚的专业知识和大量的实际经验,且对电厂内各个系统设备的运行状况都有深入的了解。而电厂的发电过程通常是复杂的、不确定的,单纯依靠人的经验是无法精确判定设备运行状况以防止故障发生的。即使是经验丰富的专家也不可能完全解决电厂运行的所有问题。另一方面,设置阈值的方法忽略了指标之间的相关性,通常一个指标的异常并不一定能影响设备的运行,多个指标同时作用往往才会导致故障的发生,所以对于这种具有许多个指标的设备,只依靠专家的经验很难得到一个最优的故障预测结果。
发明内容
发明的目的是提供一种基于深度学习卷积神经网络的磨煤机故障预警方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,获取磨煤机历史正常工作状态的测点参数数据,构成训练数据集;
步骤2,选取与所述磨煤机堵煤故障相关的几个测点参数数据,作为建模变量;
步骤3,对历史数据集进行数据预处理;
步骤4,以故障相关的测点参数作为输入变量,建立CNN-LSTM-Attention网络模型,并进行在线训练;
步骤5,获取所述CNN-LSTM-Attention网络模型所得到的预测值ym与实际值y之间的偏离度序列error=y-ym,并通过滑动窗口法处理该序列;
步骤6,采用核密度估计法计算偏离度序列的概率密度函数,并通过计算逆累积积分函数,得到置信区间α,从而得到故障预警阈值;
所述步骤1从火电厂DCS系统取得磨煤机正常工作时的测点参数数据集包括磨煤机一段正常运行时间内所有参数的动态变化情况,该参数数据集的长度至少为1周内的运行数据,该运行数据间隔至多为1min。
所述步骤2中的建模变量包括:磨煤机电流、瞬时给煤量、磨煤机出口风粉混合物压力、磨煤机出口风粉混合物温度、磨煤机进口一次风压力、磨煤机进口一次风温度、磨煤机进口一次风风量。
所述步骤3对历史数据集进行数据预处理具体包括以下步骤:
步骤S31、将步骤2中所得训练数据集进行数据清洗,去掉异常数据和空白数据;
步骤S32、对进行了数据清洗后的训练数据集进行归一化处理;
步骤S33、将归一化后的数据集转化为有监督数据,用来训练CNN-LSTM网络模型。
所述步骤S32中,对训练数据集进行归一化处理的公式如式(1)所示:
Figure BDA0003887722390000031
Xscaled=Xstd*(max-min)+min, (2),
式(1)、(2)中,将训练数据集中某段测点参数的时间序列数据记为Xi(t),则该列数据被记为Xi(t)=[Xi(t1),Xi(t2)......Xi(tn)],式中,i是第几个测点;t为第几个时刻;X为该列中某一元素,Xmin为该列数据的最小值,Xmax为该列数据的最大值,Xstd为归一化处理的中间变量,(max,min)为归一化处理所设置的归一化范围的区间,Xscaled为归一化处理后的数据。
所述步骤包括:
将数据集转化为可供训练的有监督数据,具体为,将某段测点参数的时间序列数据记为Xi(t)=[Xi(t1),Xi(t2)......Xi(tn)],将该时间序列数据根据时刻前移一个单位,得到Xi(t-1)=[Xi(t0),Xi(t1)......Xi(tn-1)],将Xi(t-1)作为LSTM-CNN网络模型的输入,将Xi(t)=[Xi(t1),Xi(t2)......Xi(tn)]作为LSTM-CNN网络模型的输出,以此CNN-LSTM-Attention网络模型实现对多维时间序列数据的预测。
所述步骤4建立CNN-LSTM-Attention网络模型,并进行在线训练包括以下步骤:
步骤S41、构建CNN-LSTM-Attention故障预警模型结构,包括CNN-LSTM-Attention网络结构设计、激活函数的选择、模型权重初始化;
步骤S42、对CNN-LSTM-Attention故障预警模型进行编译包括学习目标、优化算法以及模型评价指标的设定;
步骤S43、对CNN-LSTM-Attention故障预警模型进行训练及超参数调试,包括训练集、测试集和验证集的划分,网络超参数的调节。
所述步骤S42中学习目标包括:
某段测点参数的时间序列数据为Xi(t)=[Xi(t1),Xi(t2)......Xi(tn)],设共有m个测点参数,则将所有测点参数序列视为一个n*m的矩阵Xr*m,该矩阵Xr*m通过CNN进行特征提取,先通过64个filter进行特征提取,之后通过Relu函数进行激活,接着通过max-pooling进行池化处理,最后加入了概率为0.3的dropout防止过拟合,将最后输出的一段序列作为后面LSTM的输入;
通过CNN进行特征提取得到一段具有时间依赖性的序列,之后,将这一段具有时间依赖性的序列按照时间顺序输入到LSTM中作为每个时间步的输入,该LSTM层的激活函数选择Relu函数;
在所述LSTM层后面接一个Attenton层,Attention层通过保留LSTM编码器对输入序列的中间输出结果,并对这些输入进行选择性的学习,且在模型输出时将输出序列与之进行关联。
在Attention层后连接一全连接层,最终得到所述CNN-LSTM-Attention故障预警模型的预测输出,所述全连接层的输出变量个数等于输入变量,激活函数选择Sigmoid。
所述步骤S42中优化算法包括:将优化算法选择为Adam算法,算法参数被设置为lr=0.001,beta_1=0.9,beta_2=0.999,epsilon=1*10-8,其中lr为学习率,beta_1为一阶矩估计的指数衰减率,beta_2为二阶矩估计的指数衰减率,epsilon为防止除0参数;
将所述CNN-LSTM-Attention故障预警模型的训练指标表示为均方误差函数MSE,如式(3)所示:
Figure BDA0003887722390000061
将所述CNN-LSTM-Attention故障预警模型的评价指标表示为均方根误差RMSE、平均百分比误差MAPE和相关系数R2,如式(4)-(6)所示:
Figure BDA0003887722390000062
Figure BDA0003887722390000063
Figure BDA0003887722390000064
其中,ym为预测值,y为实际值,
Figure BDA0003887722390000065
为样本均值。
所述步骤S43的训练集、测试集和验证集的划分,网络超参数的调节包括:
将训练数据集划分为90%作为训练集,10%作为验证集;将网络超参数设为:训练批次为64,训练轮次为300。
所述步骤5中得到的预测值ym与实际值y之间的偏离度是将所述CNN-LSTM-Attention故障预警模型所得每一列测点参数的预测值ym与真实值y所求得的残差e,构成残差矩阵E,对该残差矩阵E的每一行通过公式(7)求得每一时刻n个测点参数的综合残差h,称为偏离度h:
Figure BDA0003887722390000066
所述步骤6为通过式(7)所得的偏离度序列
Figure BDA0003887722390000067
通过滑动窗口法处理后,得到平均偏离度序列
Figure BDA0003887722390000068
利用核密度估计技术确定偏离度序列
Figure BDA0003887722390000069
的概率密度函数,选取0.99分位数作为预警阈值。其中,核函数选用Gaussian函数。概率密度函数计算公式如式(8)、(9)、(10)所示,
Figure BDA0003887722390000071
h=1.06σm-0.2 (9)
Figure BDA0003887722390000072
式(8)、(9)、(10)中,m为偏离度序列长度,h为带宽宽度;σ为偏离度序列的标准差;根据公式(10)计算逆累计积分函数,得到置信区间为α时,预警阈值t的上限td
当磨煤机在运行时若平均偏离度维持在预警阈值以内,则判定磨煤机工作状态正常,否则判定为故障;当磨煤机出现故障时,通过滑动窗口捕捉偏离度度的变化情况,若偏离度随时间逐渐增大,则说明磨煤机有发生故障的趋势,在维修人员对磨煤机进行修复后,若偏离度随时间降低到预警阈值内,则说明故障已被排除。
本发明的有益效果是本发明相较于现有技术,具有如下优点:
(1)本发明选用了磨煤机电流、瞬时给煤量、磨煤机出口风粉混合物压力、磨煤机出口风粉混合物温度、磨煤机进口一次风压力、磨煤机进口一次风风量、磨煤机进口一次风温度、磨煤机一次风进出口差压作为磨煤机的监测参数,由于这些监测参数是磨煤机监控系统中比较容易出现异常的现场运行参数,通过对这些参数的监控可以很好地判断磨煤机的运行情况。
(2)本发明建立的CNN-LSTM-Attention磨煤机故障预测模型,综合利用了多个指标之间的信息,充分考虑了多指标之间的相互影响,能更多的包含指标之间隐含的复杂因果关系,充分学习了测点数据在时间序列上的特征性,避免了有效信息大量缺失的可能,结果相对更加合理、准确。
(3)本发明提出了一种基于深度学习模型的多参数时间序列预测方法,结合CNN和LSTM模型与注意力机制提出了一种CNN-LSTM-Attention混合模型架构来对磨煤机的多种监测参数进行预测。
附图说明
图1是基于深度学习卷积神经网络的磨煤机故障预警方法的流程图。
图2是CNN-LSTM-Attention的网络模型结构图。
图3是磨煤机模拟故障下的预警效果图。
具体实施方式
本发明提供一种基于深度学习卷积神经网络的磨煤机故障预警方法,以下结合附图详细阐述本发明。
如图1所示该方法流程图,包括以下步骤:
步骤1、获取磨煤机历史正常工作状态的测点参数数据,构成训练数据集;
步骤2、选取与所述磨煤机堵煤故障相关的几个测点参数数据,作为建模变量,具体为:
采集某660MW电站磨煤机跨度时间一周的运行数据,采样周期为1min。从中选择与堵煤故障相关的变量作为建模变量,选取的建模变量如表1所示:
表1堵煤故障相关变量名称
Figure BDA0003887722390000091
步骤3、对历史数据集进行数据预处理,包括以下子步骤:
步骤S31、将步骤2中所得训练数据集进行数据清洗,去掉异常数据和空白数据;
步骤S32、对进行了数据清洗后的训练数据集进行归一化处理,如式(1)所示:
Xstd=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin) (1),
Xscaled=Xstd*(max-min)+min (2),
式(1)、(2)中,将训练数据集中某段测点参数的时间序列数据记为Xi(t),则该列数据被记为Xi(t)=[Xi(t1),Xi(t2)......Xi(tn)],式中,X为该列中某一元素,i是第几个测点;t是第几个时刻;Xmin为该列数据的最小值,Xmax为该列数据的最大值,Xstd为归一化处理的中间变量,(max,min)为归一化处理所设置的归一化范围的区间,Xscaled为归一化处理后的数据;
步骤S33、将归一化后的数据集转化为有监督数据,用来训练LSTM-CNN网络模型,包括:
将数据集转化为可供训练的有监督数据,具体为,将某一测点参数的时间序列数据记为X(t)i=[Xi(t1),Xi(t2)......Xi(tn)],将该时间序列数据根据时刻前移一个单位,得到Xi(t-1)=[Xi(t0),Xi(t1)......Xi(tn-1)],将X(t-1)i作为LSTM-CNN网络模型的输入,将Xi(t)=[Xi(t1),Xi(t2)......Xi(tn)]作为LSTM-CNN网络模型的输出,以此LSTM-CNN网络模型实现对多维时间序列数据的预测。
步骤4、以故障相关的测点参数作为输入变量,建立LSTM-CNN故障预警模型,并进行在线训练,包括以下子步骤:
步骤S41、构建所述CNN-LSTM-Attention故障预警模型结构,包括CNN-LSTM-Attention网络结构设计、激活函数的选择、模型权重初始化;
步骤S42、所述CNN-LSTM-Attention故障预警模型编译,包括学习目标、优化算法以及模型评价指标的设定;
步骤S43、所述CNN-LSTM-Attention故障预警模型训练及超参数调试,包括训练集、测试集和验证集的划分,网络超参数的调节。
其中,步骤S41进一步包括:定义某段测点参数的时间序列数据为Xi(t)=[Xi(t1),Xi(t2)......Xi(tn)],设共有m个测点参数,则将所有测点参数序列视为一个n*m的矩阵Xr*m,该矩阵Xr*m通过CNN进行特征提取,先通过64个filter进行特征提取,之后通过Relu函数进行激活,接着通过max-pooling进行池化处理,最后加入了概率为0.3的dropout防止过拟合,将最后输出的一段序列作为后面LSTM的输入;
通过CNN进行特征提取得到一段具有时间依赖性的序列,之后,将这一段具有时间依赖性的序列按照时间顺序输入到LSTM中作为每个时间步的输入,该LSTM层的激活函数选择Relu函数;
在所述LSTM层后面接一个Attenton层(如图2所示),Attention层通过保留LSTM编码器对输入序列的中间输出结果,来对这些输入进行选择性的学习并且在模型输出时将输出序列与之进行关联。
在Attention层后连接一全连接层,最终得到所述CNN-LSTM-Attention故障预警模型的预测输出,所述全连接层的输出变量个数等于输入变量,激活函数选择Sigmoid。
步骤S42进一步包括:将优化算法选择为Adam算法,算法参数被设置为lr=0.001,beta_1=0.9,beta_2=0.999,epsilon=1*10-8,其中lr为学习率,beta_1为一阶矩估计的指数衰减率,beta_2为二阶矩估计的指数衰减率,epsilon为防止除0参数;
将所述CNN-LSTM-Attention故障预警模型的训练指标表示为均方误差函数MSE,如式(3)所示:
Figure BDA0003887722390000121
将所述CNN-LSTM-Attention故障预警模型的评价指标表示为均方根误差RMSE、平均百分比误差MAPE和相关系数R2,如式(4)-(6)所示:
Figure BDA0003887722390000122
Figure BDA0003887722390000123
Figure BDA0003887722390000124
其中,ym为预测值,y为实际值,
Figure BDA0003887722390000125
样本均值。
步骤S43进一步包括:
将训练数据集划分为90%作为训练集,10%作为验证集;将网络超参数设为:训练批次为64,训练轮次为300。
步骤5、获取所述CNN-LSTM-Attention故障预警模型所得到的预测值ym与实际值y之间的残差序列error=y-ym,将所述几个测点参数的残差做处理得到偏离度序列;
将所述CNN-LSTM-Attention故障预警模型所得每一列测点参数的预测值ym与真实值y所求得的残差e,构成残差矩阵E,对该残差矩阵E的每一行通过公式(7)求得每一时刻n个测点参数的综合残差h,称为偏离度h:
Figure BDA0003887722390000131
步骤6、通过滑动窗口法处理所述偏离度序列,设置故障阈值,进行故障预警,具体为:通过式(7)所得的偏离度序列h,通过滑动窗口法处理后,得到平均偏离了度序列
Figure BDA0003887722390000132
利用核密度估计技术确定偏离度序列
Figure BDA0003887722390000133
的概率密度函数,选取0.99分位数作为预警阈值。其中,核函数选用Gaussian函数。概率密度函数计算公式如式(8)、(9)、(10)所示,
Figure BDA0003887722390000134
h=1.06σm-0.2 (9)
Figure BDA0003887722390000135
式(8)、(9)、(10)中m为偏离度序列长度,h为带宽宽度。σ为偏离度序列的标准差。根据公式(10),计算逆累计积分函数,得到置信区间为α时,预警阈值t的上限td
当磨煤机在运行时若平均健康度维持在预警阈值以内,则判定磨煤机工作状态正常,否则判定为故障(如图3所示);当磨煤机出现故障时,通过滑动窗口捕捉健康度的变化情况,若健康度随时间逐渐增大,则说明磨煤机有发生故障的趋势,在维修人员对磨煤机进行修复后,若健康度随时间降低到预警阈值内,则说明故障已被排除。
综上所述,本发明提出通过深度学习的方法对磨煤机数据建模,当设备出线故障隐患时,模型预测值与实际值的残差将会增加,将其与设定好的故障阈值比较,实现故障的提前预警。深度学习可以方法充分挖掘磨煤机设备的海量历史数据,建立高效实用的模型对磨煤机实时状态进行检测预警。

Claims (12)

1.一种基于深度学习卷积神经网络的磨煤机故障预警方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,获取磨煤机历史正常工作状态的测点参数数据,构成训练数据集;
步骤2,选取与所述磨煤机堵煤故障相关的几个测点参数数据,作为建模变量;
步骤3,对历史数据集进行数据预处理;
步骤4,以故障相关的测点参数作为输入变量,建立CNN-LSTM-Attention网络模型,并进行在线训练;
步骤5,获取所述CNN-LSTM-Attention网络模型所得到的预测值ym与实际值y之间的偏离度序列error=y-ym,并通过滑动窗口法处理该序列;
步骤6,采用核密度估计法计算偏离度序列的概率密度函数,并通过计算逆累积积分函数,得到置信区间α,从而得到故障预警阈值。
2.根据权利要求1所述的基于深度学习卷积神经网络磨煤机故障预警方法,其特征在于,所述步骤1从火电厂DCS系统取得磨煤机正常工作时的测点参数数据集包括磨煤机一段正常运行时间内所有参数的动态变化情况,该参数数据集的长度至少为1周内的运行数据,该运行数据间隔至多为1min。
3.根据权利要求1所述的基于深度学习卷积神经网络磨煤机故障预警方法其特征在于,所述步骤2中的建模变量包括:磨煤机电流、瞬时给煤量、磨煤机出口风粉混合物压力、磨煤机出口风粉混合物温度、磨煤机进口一次风压力、磨煤机进口一次风温度、磨煤机进口一次风风量。
4.根据权利要求1所述的基于深度学习卷积神经网络磨煤机故障预警方法,其特征在于,所述步骤3对历史数据集进行数据预处理具体包括以下步骤:
步骤S31、将步骤2中所得训练数据集进行数据清洗,去掉异常数据和空白数据;
步骤S32、对进行了数据清洗后的训练数据集进行归一化处理;
步骤S33、将归一化后的数据集转化为有监督数据,用来训练CNN-LSTM网络模型。
5.根据权利要求4所述的基于深度学习卷积神经网络磨煤机故障预警方法,其特征在于,所述步骤S32中,对训练数据集进行归一化处理的公式如式(1)所示:
Figure FDA0003887722380000021
Xscaled=Xstd*(max-min)+min, (2),
式(1)、(2)中,将训练数据集中某段测点参数的时间序列数据记为Xi(t)=[Xi(t1),Xi(t2)......Xi(tn)],式中,i为第几个测点,t为第几个时刻;X为该列中某一元素,Xmin为该列数据的最小值,Xmax为该列数据的最大值,Xstd为归一化处理的中间变量,(max,min)为归一化处理所设置的归一化范围的区间,Xscaled为归一化处理后的数据。
6.根据权利要求4所述的基于深度学习卷积神经网络磨煤机故障预警方法,其特征在于,所述步骤S33中,将数据集转化为可供训练的有监督数据,具体为,将某段测点参数的时间序列数据记为Xi(t)=[Xi(t1),Xi(t2)......Xi(tn)],将该时间序列数据根据时刻前移一个单位,得到Xi(t-1)=[Xi(t0),Xi(t1)......Xi(tn-1)],将Xi(t-1)作为LSTM-CNN网络模型的输入,将Xi(t)=[Xi(t1),Xi(t2)......Xi(tn)]作为LSTM-CNN网络模型的输出,以此CNN-LSTM-Attention网络模型实现对多维时间序列数据的预测。
7.根据权利要求1所述的基于CNN-LSTM-Attention的磨煤机故障预警方法,其特征在于,所述步骤4建立CNN-LSTM-Attention网络模型,并进行在线训练包括以下步骤:
步骤S41、构建CNN-LSTM-Attention故障预警模型结构,包括CNN-LSTM-Attention网络结构设计、激活函数的选择、模型权重初始化;
步骤S42、对CNN-LSTM-Attention故障预警模型进行编译包括学习目标、优化算法以及模型评价指标的设定;
步骤S43、对CNN-LSTM-Attention故障预警模型进行训练及超参数调试,包括训练集、测试集和验证集的划分,网络超参数的调节。
8.根据权利要求7所述的基于深度学习卷积神经网络磨煤机故障预警方法,其特征在于,所述步骤S42中学习目标包括:
某段测点参数的时间序列数据为Xi(t)=[Xi(t1),Xi(t2)......Xi(tn)],设共有m个测点参数,则将所有测点参数序列视为一个n*m的矩阵Xr*m,该矩阵Xr*m通过CNN进行特征提取,先通过64个filter进行特征提取,之后通过Relu函数进行激活,接着通过max-pooling进行池化处理,最后加入了概率为0.3的dropout防止过拟合,将最后输出的一段序列作为后面LSTM的输入;
通过CNN进行特征提取得到一段具有时间依赖性的序列,之后,将这一段具有时间依赖性的序列按照时间顺序输入到LSTM中作为每个时间步的输入,该LSTM层的激活函数选择Relu函数;
在所述LSTM层后面接一个Attenton层,Attention层通过保留LSTM编码器对输入序列的中间输出结果,并对这些输入进行选择性的学习,且在模型输出时将输出序列与之进行关联。
在Attention层后连接一全连接层,最终得到所述CNN-LSTM-Attention故障预警模型的预测输出,所述全连接层的输出变量个数等于输入变量,激活函数选择Sigmoid。
9.根据权利要求7所述的基于深度学习卷积神经网络磨煤机故障预警方法,其特征在于,所述步骤S42中优化算法包括:将优化算法选择为Adam算法,算法参数被设置为lr=0.001,beta_1=0.9,beta_2=0.999,epsilon=1*10-8,其中lr为学习率,beta_1为一阶矩估计的指数衰减率,beta_2为二阶矩估计的指数衰减率,epsilon为防止除0参数;
将所述CNN-LSTM-Attention故障预警模型的训练指标表示为均方误差函数MSE,如式(3)所示:
Figure FDA0003887722380000041
将所述CNN-LSTM-Attention故障预警模型的评价指标表示为均方根误差RMSE、平均百分比误差MAPE和相关系数R2,如式(4)-(6)所示:
Figure FDA0003887722380000042
Figure FDA0003887722380000043
Figure FDA0003887722380000044
其中,ym为预测值,y为实际值,
Figure FDA0003887722380000045
为样本均值。
10.根据权利要求7所述的基于深度学习卷积神经网络磨煤机故障预警方法,其特征在于,所述步骤S43的训练集、测试集和验证集的划分,网络超参数的调节包括:
将训练数据集划分为90%作为训练集,10%作为验证集;将网络超参数设为:训练批次为64,训练轮次为300。
11.根据权利要求1所述的基于深度学习卷积神经网络磨煤机故障预警方法,其特征在于,所述步骤5中得到的预测值ym与实际值y之间的偏离度是将所述CNN-LSTM-Attention故障预警模型所得每一列测点参数的预测值ym与真实值y所求得的残差e,构成残差矩阵E,对该残差矩阵E的每一行通过公式(7)求得每一时刻n个测点参数的综合残差h,称为偏离度h:
Figure FDA0003887722380000051
12.根据权利要求1所述的基于深度学习卷积神经网络磨煤机故障预警方法,其特征在于,所述步骤6为通过式(7)所得的偏离度序列
Figure FDA0003887722380000052
通过滑动窗口法处理后,得到平均偏离度序列
Figure FDA0003887722380000053
利用核密度估计技术确定偏离度序列
Figure FDA0003887722380000054
的概率密度函数,选取0.99分位数作为预警阈值。其中,核函数选用Gaussian函数。概率密度函数计算公式如式(8)、(9)、(10)所示,
Figure FDA0003887722380000055
h=1.06σm-0.2 (9)
Figure FDA0003887722380000056
式(8)、(9)、(10)中,m为偏离度序列长度,h为带宽宽度;σ为偏离度序列的标准差;根据公式(10)计算逆累计积分函数,得到置信区间为α时,预警阈值t的上限td
当磨煤机在运行时若平均偏离度维持在预警阈值以内,则判定磨煤机工作状态正常,否则判定为故障;当磨煤机出现故障时,通过滑动窗口捕捉偏离度度的变化情况,若偏离度随时间逐渐增大,则说明磨煤机有发生故障的趋势,在维修人员对磨煤机进行修复后,若偏离度随时间降低到预警阈值内,则说明故障已被排除。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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