基于MATLAB的煤灰分儀測(cè)量值的校正

田艷玲

(潞安化工集團(tuán)營(yíng)銷總公司 煤質(zhì)洗選中心，山西 長(zhǎng)治 046204)

煤中灰分是指煤以一定速度加熱到溫度(815±10℃)下完全燃燒后的殘留物。煤炭在銷售過(guò)程中，煤中灰分是以質(zhì)計(jì)價(jià)的重要指標(biāo)之一。煤中的灰分對(duì)于煤在燃燒過(guò)程中是一種無(wú)用物質(zhì)，無(wú)論各種用途的煤都要求灰分越低越好，灰分增高時(shí)，會(huì)降低煤的發(fā)熱量[1]。

眾所周知，煤炭灰分的測(cè)量主要包括兩種方式：一種為實(shí)驗(yàn)室采用緩慢灰化法和快速灰化法進(jìn)行煤中灰分測(cè)定，另一種為在線煤灰分儀進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。但是兩種測(cè)量方法都存在一定的缺陷。其中實(shí)驗(yàn)室測(cè)量法主要包括人工采樣、制樣、化驗(yàn)得到，雖然測(cè)量結(jié)果較準(zhǔn)確，但是存在嚴(yán)重的滯后性；而灰分儀在線測(cè)量法雖然能達(dá)到實(shí)時(shí)測(cè)量的目的，但是即使對(duì)同一批次的煤炭，測(cè)量結(jié)果也存在不穩(wěn)定性與波動(dòng)性，難以真實(shí)反映煤炭的灰分情況，影響選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益情況。

本文以煤灰分測(cè)量結(jié)果為研究目的，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室灰分測(cè)量結(jié)果與灰分儀在線灰分測(cè)量結(jié)果，運(yùn)用仿真軟件MATLAB建立煤灰分儀測(cè)量值校正模型，仿真模擬獲得既準(zhǔn)確又實(shí)時(shí)的煤灰分測(cè)量值。

1 基于MATLAB的煤灰分儀測(cè)量值校正模型的構(gòu)建

MATLAB(matrix laboratory)意為矩陣實(shí)驗(yàn)室，是由美國(guó)Mathworks公司研發(fā)的一款可以科學(xué)計(jì)算、具有可視化窗口和交互式程序設(shè)計(jì)的軟件[2]。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成于一體，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算提供一種全面的解決方案，在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(如C、Fortran)的編輯模式[3]。圖1為MATLAB計(jì)算窗口界面。

圖1 MATLAB計(jì)算窗口界面

當(dāng)不確定影響因素與結(jié)果之間的關(guān)系時(shí)，可選用模糊分析方法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即是模糊分析法的一種分析思路。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種通過(guò)局部接受域完成函數(shù)映射的網(wǎng)絡(luò)，能反映出輸入層與輸出層之間所存在的某種映射關(guān)系[4]，使輸入與輸出具有某種關(guān)聯(lián)性，運(yùn)用該方法對(duì)問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，先需要一部分樣本進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)，通過(guò)學(xué)習(xí)后，輸入影響因素，即可得到分析結(jié)果。該過(guò)程可通過(guò)有限仿真軟件MATLAB來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在本文需要分析的問(wèn)題中，將煤灰分儀的測(cè)量值作為影響因素，實(shí)驗(yàn)室測(cè)量值作為結(jié)果，將已有的測(cè)量結(jié)果作為樣本輸入到仿真軟件MATLAB中進(jìn)行樣本學(xué)習(xí)，得到映射關(guān)系，再將需要獲得的煤灰分的測(cè)量值作為輸入值輸入到MATLAB中，即可仿真計(jì)算得到預(yù)測(cè)值?；贛ATLAB的煤灰分儀測(cè)量值校正模型的計(jì)算流程如圖2所示。

圖2 煤灰分儀測(cè)量值校正模型計(jì)算流程

2 基于MATLAB的仿真模擬計(jì)算

基于上述模型的研究，運(yùn)用MATLAB軟件對(duì)某煤礦某一批次煤炭的灰分進(jìn)行仿真模擬計(jì)算研究，將灰分儀測(cè)量值作為影響因素，實(shí)驗(yàn)室測(cè)量值作為結(jié)果，模擬仿真所需要的學(xué)習(xí)樣本見(jiàn)表1。

表1 煤灰分樣本參數(shù)

將表1中的前25組樣本數(shù)據(jù)作為基于MATLAB的煤灰分儀測(cè)量值校正模型的訓(xùn)練學(xué)習(xí)樣本，用后5組數(shù)據(jù)作為對(duì)該模型的對(duì)比評(píng)價(jià)樣本，經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)計(jì)算后，輸入后5組數(shù)據(jù)中的灰分儀測(cè)量值，經(jīng)過(guò)仿真計(jì)算得出煤灰分預(yù)測(cè)值，相關(guān)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 校正模型預(yù)測(cè)值與測(cè)量值對(duì)比

從表2中可以得出：基于MATLAB的煤灰分測(cè)定儀測(cè)量值校正模型進(jìn)行仿真模擬預(yù)測(cè)得出的煤炭灰分與實(shí)驗(yàn)室測(cè)量值誤差較小，5組預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)中，最大誤差為0.17，最小誤差為0.07，平均誤差僅為0.11，比灰分儀測(cè)量值產(chǎn)生的誤差0.28降低了60%，可見(jiàn)通過(guò)基于MATLAB的煤灰分儀測(cè)量值校正模型能達(dá)到較好的預(yù)測(cè)效果，預(yù)測(cè)精度較高。

3 結(jié) 語(yǔ)

1) 煤炭灰分實(shí)驗(yàn)室測(cè)量法雖然測(cè)量結(jié)果較準(zhǔn)確，但存在嚴(yán)重的滯后性；而在線測(cè)量法雖然能達(dá)到實(shí)時(shí)測(cè)量的目的，但也存在不穩(wěn)定性與波動(dòng)性，難以真實(shí)反映煤炭的灰分情況。

2) 基于MATLAB的煤灰分儀測(cè)量值校正模型，以灰分儀測(cè)量值作為影響因素，通過(guò)仿真模擬預(yù)測(cè)得出煤炭灰分與實(shí)驗(yàn)室測(cè)量值非常接近，可見(jiàn)基于MATLAB的煤灰分儀測(cè)量值校正模型能達(dá)到較好的預(yù)測(cè)效果。