Machine learning para la predicción del consumo de energía y la fuerza rota en el proceso de picado de paja de maíz
Autores: Liu, Peng; Lou, Shangyi; Shen, Huipeng; Wang, Mingxu
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Machine learning para la predicción del consumo de energía y la fuerza rota en el proceso de picado de paja de maíz
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Agronomía y Ciencia de los Cultivos
Palabras clave
Causas
Costos de producción
Emisiones de gases de efecto invernadero
Proceso de picado
Rastrojos de maíz
Consumo de energía
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 22
Citaciones: Sin citaciones
Las principales causas de los altos costos de producción y emisiones de gases de efecto invernadero en el proceso de picado de rastrojos de maíz son el alto consumo de energía y la fuerza de corte. Abordando estos problemas, este documento propone una solución que aprovecha algoritmos de aprendizaje automático para seleccionar parámetros operativos apropiados para dispositivos de picado, reduciendo así el consumo de energía y la fuerza de corte. En este estudio, la fuerza máxima de rotura del tallo (PB), el consumo de energía del picado del tallo (EC) y el momento de corte deslizante de la cuchilla de disco (SM) se establecieron como variables dependientes, y la velocidad de rotación de la cuchilla tipo Y (RSY), la relación de transmisión (TR) y el ángulo de corte deslizante (SA) se establecieron como variables independientes. Se aplicaron varias técnicas, incluyendo retropropagación (BP), una función de base radial (RBF), una red neuronal artificial (ANN), regresión de vectores de soporte y un modelo de regresión polinómica paso a paso, utilizando un enfoque de validación cruzada de 6 pliegues para determinar los modelos predictivos más efectivos. Los resultados indicaron que el modelo BP-ANN tiene el mejor rendimiento en la predicción de PB (R = 0.9860) y SM (R = 0.9561), mientras que el modelo RBF-ANN ofrece la mayor precisión en la predicción de EC (R = 0.9255) bajo los parámetros óptimos. Posteriormente, se realizó una prueba de verificación utilizando datos de entrenamiento y prueba seleccionados al azar basados en las funciones predichas seleccionadas. Los resultados demostraron que los datos R y R para PB, EC y SM son todos superiores a 0.95, lo que indica que las redes neuronales BP y RBF son capaces de predecir con precisión la relación no lineal entre las variables dependientes (EC, SM y PB) y las variables independientes (RSY, TR y SA) en aplicaciones prácticas.
Descripción
Las principales causas de los altos costos de producción y emisiones de gases de efecto invernadero en el proceso de picado de rastrojos de maíz son el alto consumo de energía y la fuerza de corte. Abordando estos problemas, este documento propone una solución que aprovecha algoritmos de aprendizaje automático para seleccionar parámetros operativos apropiados para dispositivos de picado, reduciendo así el consumo de energía y la fuerza de corte. En este estudio, la fuerza máxima de rotura del tallo (PB), el consumo de energía del picado del tallo (EC) y el momento de corte deslizante de la cuchilla de disco (SM) se establecieron como variables dependientes, y la velocidad de rotación de la cuchilla tipo Y (RSY), la relación de transmisión (TR) y el ángulo de corte deslizante (SA) se establecieron como variables independientes. Se aplicaron varias técnicas, incluyendo retropropagación (BP), una función de base radial (RBF), una red neuronal artificial (ANN), regresión de vectores de soporte y un modelo de regresión polinómica paso a paso, utilizando un enfoque de validación cruzada de 6 pliegues para determinar los modelos predictivos más efectivos. Los resultados indicaron que el modelo BP-ANN tiene el mejor rendimiento en la predicción de PB (R = 0.9860) y SM (R = 0.9561), mientras que el modelo RBF-ANN ofrece la mayor precisión en la predicción de EC (R = 0.9255) bajo los parámetros óptimos. Posteriormente, se realizó una prueba de verificación utilizando datos de entrenamiento y prueba seleccionados al azar basados en las funciones predichas seleccionadas. Los resultados demostraron que los datos R y R para PB, EC y SM son todos superiores a 0.95, lo que indica que las redes neuronales BP y RBF son capaces de predecir con precisión la relación no lineal entre las variables dependientes (EC, SM y PB) y las variables independientes (RSY, TR y SA) en aplicaciones prácticas.