化工学报 ›› 2024, Vol. 75 ›› Issue (1): 354-365.DOI: 10.11949/0438-1157.20231066
尹刚1(), 钱中友1, 曹文琦2, 全鹏程2, 许亨权2, 颜非亚3, 王民4, 向禹5, 向冬梅6, 卢剑3, 左玉海7, 何文8, 卢润廷3
收稿日期:
2023-10-16
修回日期:
2023-12-12
出版日期:
2024-01-25
发布日期:
2024-03-11
通讯作者:
尹刚
作者简介:
尹刚(1964—),男,博士,教授,yk115@cqu.edu.cn
基金资助:
Gang YIN1(), Zhongyou QIAN1, Wenqi CAO2, Pengcheng QUAN2, Hengquan XU2, Feiya YAN3, Min WANG4, Yu XIANG5, Dongmei XIANG6, Jian LU3, Yuhai ZUO7, Wen HE8, Runting LU3
Received:
2023-10-16
Revised:
2023-12-12
Online:
2024-01-25
Published:
2024-03-11
Contact:
Gang YIN
摘要:
针对铝电解槽在铝电解生产过程中故障频发的问题,提出了一种基于支持向量机(support vector machine, SVM)的铝电解槽健康状态诊断模型,考虑传统的支持向量机只能适用于二分类问题,采用自适应推进算法(adaptive boosting, Adaboost)将支持向量机的二分类问题转化为多分类问题用于求解铝电解槽健康状态诊断问题,充分考虑了子模型的权重,强化了模型的适用性。并利用粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)对其超参数寻优,提高模型的预测精度。实验结果表明,提出的铝电解槽健康状态诊断模型的准确率和Macro-F1分数分别达到94.70%和0.9453,相较于其他传统模型均有显著提升。
中图分类号:
尹刚, 钱中友, 曹文琦, 全鹏程, 许亨权, 颜非亚, 王民, 向禹, 向冬梅, 卢剑, 左玉海, 何文, 卢润廷. 基于Adaboost-PSO-SVM的铝电解槽健康状态诊断方法研究[J]. 化工学报, 2024, 75(1): 354-365.
Gang YIN, Zhongyou QIAN, Wenqi CAO, Pengcheng QUAN, Hengquan XU, Feiya YAN, Min WANG, Yu XIANG, Dongmei XIANG, Jian LU, Yuhai ZUO, Wen HE, Runting LU. Health state diagnosis of aluminum electrolytic cells based on Adaboost-PSO-SVM[J]. CIESC Journal, 2024, 75(1): 354-365.
类别 | 指标范围 | 健康状态等级 | ||
---|---|---|---|---|
炉帮厚度d/cm | 电流效率 | 电解温度T/℃ | ||
1 | d≥12 | 94%~100% | 950<T<965 | 优 |
2 | 10≤d<12 | 92%~94% | 935<T≤950 | 良 |
3 | 8≤d<10 | 85%~92% | 965≤T<975 | 中 |
4 | d<8 | 70%~85% | T≤935 or T≥975 | 差 |
表1 铝电解槽健康状态评判标准
Table 1 Criteria for judging the health state of aluminum electrolytic cells
类别 | 指标范围 | 健康状态等级 | ||
---|---|---|---|---|
炉帮厚度d/cm | 电流效率 | 电解温度T/℃ | ||
1 | d≥12 | 94%~100% | 950<T<965 | 优 |
2 | 10≤d<12 | 92%~94% | 935<T≤950 | 良 |
3 | 8≤d<10 | 85%~92% | 965≤T<975 | 中 |
4 | d<8 | 70%~85% | T≤935 or T≥975 | 差 |
参数 | 槽电压 | 分子比 | 铝水平 | 电解质水平 | 氧化铝浓度 | 出铝量 | 氟化盐含量 | 效应系数 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
电解温度 | 0.94 | 0.92 | 0.91 | 0.89 | 0.85 | 0.83 | 0.79 | 0.74 |
电流效率 | 0.92 | 0.91 | 0.89 | 0.88 | 0.82 | 0.96 | 0.85 | 0.78 |
炉帮厚度 | 0.96 | 0.89 | 0.92 | 0.91 | 0.92 | 0.79 | 0.88 | 0.83 |
表2 铝电解槽健康状态参数Pearson相关度
Table 2 The Pearson correlation coefficient for the health state parameters of aluminum electrolytic cells
参数 | 槽电压 | 分子比 | 铝水平 | 电解质水平 | 氧化铝浓度 | 出铝量 | 氟化盐含量 | 效应系数 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
电解温度 | 0.94 | 0.92 | 0.91 | 0.89 | 0.85 | 0.83 | 0.79 | 0.74 |
电流效率 | 0.92 | 0.91 | 0.89 | 0.88 | 0.82 | 0.96 | 0.85 | 0.78 |
炉帮厚度 | 0.96 | 0.89 | 0.92 | 0.91 | 0.92 | 0.79 | 0.88 | 0.83 |
样本数 | 训练集样本数 | 测试集样本数 | 状态 | 标签 |
---|---|---|---|---|
820 | 738 | 82 | 优 | 1 |
620 | 558 | 62 | 良 | 2 |
730 | 657 | 73 | 中 | 3 |
470 | 423 | 47 | 差 | 4 |
表3 状态标签及样本分布
Table 3 State labels and sample distribution
样本数 | 训练集样本数 | 测试集样本数 | 状态 | 标签 |
---|---|---|---|---|
820 | 738 | 82 | 优 | 1 |
620 | 558 | 62 | 良 | 2 |
730 | 657 | 73 | 中 | 3 |
470 | 423 | 47 | 差 | 4 |
参数 | 数值 |
---|---|
数据获取时间 | 2020年10月至2022年9月 |
电解槽数量 | 15(201#~215#槽) |
特征数量 | 8 |
实验样本数 | 2640 |
训练集/测试集占比 | 9∶1 |
表4 实验数据采集信息
Table 4 Experimental data acquisition information
参数 | 数值 |
---|---|
数据获取时间 | 2020年10月至2022年9月 |
电解槽数量 | 15(201#~215#槽) |
特征数量 | 8 |
实验样本数 | 2640 |
训练集/测试集占比 | 9∶1 |
超参数 | 最优值 |
---|---|
C | 156.688 |
g | 1.278 |
表5 SVM模型参数
Table 5 SVM model parameters
超参数 | 最优值 |
---|---|
C | 156.688 |
g | 1.278 |
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