基于SOM-RBF神经网络的COD软测量方法

污水处理是一个复杂的非线性过程,化学需氧量（chemical oxygen demand,COD）是评价污水处理效果的关键指标之一。COD的传统测量方法耗时长、成本高,基于传统神经网络的软测量方法提高了COD参数的测量速度但精度较差。针对这些问题,设计一种结合自组织特征映射 (self-organizing map, SOM)和径向基函数(radial basis function, RBF)神经网络的COD参数软测量方法。该方法利用SOM网络聚类数据样本,根据所得聚类结果确定RBF网络的隐层节点数及节点的数据中心,综合提高RBF网络的收敛速度和拟合精度。利用污水处理厂部分水样数据建立COD软测量模型,模型仿真和硬件在线测试结果表明,相对于传统的BP、RBF等网络,基于SOM-RBF神经网络的COD软测量方法测量时间短、预测精度较高,具有较为广阔的应用前景。     

基于互信息和自组织RBF神经网络的出水BOD软测量方法

针对污水处理过程出水生化需氧量(biochemical oxygen demand,BOD)难以实时准确测量的问题,提出了一种基于互信息和自组织RBF神经网络的软测量方法对出水BOD进行预测。首先,使用基于互信息的方法提取相关特征参量作为软测量模型的输入变量;其次,设计一种基于误差校正-敏感度分析的自组织RBF神经网络,使用改进的Levenberg-Marquardt (LM)算法对网络进行训练以提高训练速度;最后将软测量模型应用于UCI公开数据集及实际的污水处理过程,实验结果表明该软测量模型结构紧凑,训练时间相对较短,预测精度有所提高,能够对出水BOD实现快速准确预测。     

基于互信息和自组织RBF神经网络的出水BOD软测量方法

针对污水处理过程出水生化需氧量（biochemical oxygen demand，BOD）难以实时准确测量的问题，提出了一种基于互信息和自组织RBF神经网络的软测量方法对出水BOD进行预测。首先，使用基于互信息的方法提取相关特征参量作为软测量模型的输入变量；其次，设计一种基于误差校正-敏感度分析的自组织RBF神经网络，使用改进的Levenberg-Marquardt（LM）算法对网络进行训练以提高训练速度；最后将软测量模型应用于UCI公开数据集及实际的污水处理过程，实验结果表明该软测量模型结构紧凑，训练时间相对较短，预测精度有所提高，能够对出水BOD实现快速准确预测。     

基于模糊RBF神经网络的乙烯装置生产能力预测

针对传统的径向基函数(RBF)神经网络隐藏层节点的不确定和初始中心敏感性、收敛速度过慢等问题,提出一种基于模糊C均值的RBF神经网络(FCM-RBF)模型,通过模糊C均值聚类(FCM)得到各聚类中心,基于误差反传的梯度下降法训练隐藏层到输出层之间的权值,克服传统RBF模型对数据中心的敏感性,优化确定RBF神经网络隐藏层的节点数,提高网络训练速度和精度。最后将其用于乙烯装置生产能力预测中,分析预测不同技术、不同规模乙烯装置生产情况,指导乙烯生产,提高生产效率,结果验证了所提出算法的有效性和实用性。     

基于BP、RBF神经网络的含蜡原油蜡沉积预测

基于冷蜡沉积实验装置所得实验数据,在分析BP、RBF神经网络结构原理的基础上,采用BP神经网络和RBF神经网络分别建立蜡沉积速率模型,计算预测蜡沉积速率,并且对比相同实验数据下两类神经网络模型对蜡沉积预测的精度。结果表明,BP神经网络和RBF神经网络预测精度均满足要求。BP神经网络预测时间要比RBF神经网络更长,而且当神经网络维数增加时预测值的精度不一定会增加;在模拟时要反复尝试隐含层节点个数和其他参数,而RBF神经网络在数据的训练过程中就已给出隐含层节点个数,学习速度更优于BP神经网络,对新数据的适应性更好,在满足精度条件下更易得到最优解。     

基于区间二型模糊神经网络的出水氨氮软测量

针对污水处理过程出水氨氮(ammonia nitrogen,NH4-N)难以实时检测的问题,提出了一种基于区间二型模糊神经网络(interval type-2 fuzzy neural networks,IT2FNN)的软测量方法,建立了出水NH4-N的软测量模型,实现了出水NH4-N的实时检测。首先,采集和预处理相关过程变量的实际运行数据,通过主元分析法筛选出与出水NH4-N相关性较强的过程变量。其次,利用IT2FNN建立所选变量与出水NH4-N的软测量模型,通过梯度下降算法对模型相关参数进行修正。最后,将基于IT2FNN的出水NH4-N软测量模型应用于实际污水处理过程。实验结果表明,提出的出水NH4-N软测量方法不仅能够实现污水处理过程出水NH4-N的实时检测,而且具有较高的检测精度。     

基于协同量子粒子算法的透平蒸汽流量软测量

透平蒸汽流量是分析透平运行效率的重要参数,由于现场大量缺乏检测信息,且针对传统测量方法存在可靠性差,非接触式测量成本高、安装困难等问题,提出了一种协同量子粒子算法(CQGAPSO),同时优化神经网络(NN)结构和参数的透平蒸汽流量的软测量建模方法。该方法利用节点间的连接开关,有效消除冗余连接对神经网络逼近能力的影响,引入量子概率幅编码和协同机制来提高神经网络的学习效率、逼近精度和泛化能力。透平蒸汽流量软测量的仿真结果表明:相比全连接神经网络和其他模型,所述方法具有更好的预测精度和鲁棒性。     

基于证据合成的高斯过程回归多模型软测量方法

针对生物发酵过程,提出了一种基于证据理论的高斯过程回归多模型软测量方法,其中多模型融合策略同时考虑了数据聚类特性和软测量子模型统计特性。首先,对聚类后的各子类建立高斯过程回归子模型;然后,基于聚类隶属度函数和高斯过程回归子模型后验概率分别设计子模型权值,并利用证据合成规则将两类权值进行证据合成得到融合权值;最后,将该融合权值作为加权因子对子模型进行融合。通过青霉素发酵过程仿真数据和红霉素发酵过程工业数据研究表明, 相比单一模型和传统多模型高斯过程回归软测量方法,本文所提方法具有较高的预测精度和较小的预测不确定度。     

水泥熟料质量指标的软测量建模研究

针对水泥熟料质量指标的测量,提出一种基于最小二乘支持向量机的软测量建模方法;对于建模数据,提出了基于模糊聚类的数据预处理方法.实验研究表明,该数据预处理方法明显优于传统的拉依达准则方法,能够有效地去除现场测量数据中存在的异常数据;最小二乘支持向量机建模相比于RBF神经网络也具有明显优势,建立的软测量模型对于整个窑系统优化控制具有重要意义.     

基于区间二型模糊神经网络的出水氨氮软测量

针对污水处理过程出水氨氮（ammonia nitrogen,NH₄-N）难以实时检测的问题,提出了一种基于区间二型模糊神经网络（interval type-2 fuzzy neural networks,IT2FNN）的软测量方法,建立了出水NH₄-N的软测量模型,实现了出水NH₄-N的实时检测。首先,采集和预处理相关过程变量的实际运行数据,通过主元分析法筛选出与出水NH₄-N相关性较强的过程变量。其次,利用IT2FNN建立所选变量与出水NH₄-N的软测量模型,通过梯度下降算法对模型相关参数进行修正。最后,将基于IT2FNN的出水NH₄-N软测量模型应用于实际污水处理过程。实验结果表明,提出的出水NH₄-N软测量方法不仅能够实现污水处理过程出水NH₄-N的实时检测,而且具有较高的检测精度。     

基于聚类的多模型软测量建模及其应用

实际生产中往往存在对产品质量影响重大、但又难以在线测量的一些参数(只能离线测量与分析)。本文提出一种基于聚类的多模型建模方法对这些难以在线测量的参数实现软测量,将相关性分析、主元分析(PCA)、聚类和多模型建模应用于软测量建模中,构建一种实现重要参数软测量的基本框架:首先,基于相关度分析进行辅助变量的选择,然后用主元分析进行数据的进一步降维,再用k-means聚类与多模型建模思想相结合。最后将提出的思想和方法应用于某精馏塔组分的软测量中,仿真结果表明,测量精度有了较大的提高。     

基于模糊规则的多模型固相质量流量软测量

针对静电传感器无法给出颗粒质量流量绝对值以及多相流流动形态和结构变化影响传感器输出等问题,提出了一种基于分解合成的多模型加权平均的固相质量流量非线性软测量模型。在高压密相气力输送系统上,通过静电传感器获得大量试验数据,提取信号特征,利用模糊聚类算法将输入数据进行空间分区, 每一区间上用径向基函数（RBF）神经网络辨识出一个子模型, 再利用模糊推理将各子模型输出加权求和得到颗粒质量流量的估计值。该模型减小了流型对测量结果的影响,提高了测量精度。     

基于稳定Hammerstein模型的在线软测量建模方法及应用

针对复杂工业过程中由于存在未建模动态和不确定干扰,导致关键变量的软测量精度下降的问题,提出了一种基于稳定Hammerstein模型(H模型)的在线软测量建模方法。H模型的非线性增益采用带有时变稳定学习算法的小波神经网络模型,线性系统部分采用基于递推最小二乘的ARX模型,基于输入到状态稳定性理论证明了H模型辨识误差的有界性。其中小波神经网络具有表征强非线性的特性,稳定学习算法可抑制未建模动态和不确定干扰的影响,改善了模型的预测精度和自适应能力。以典型非线性系统和实际污水处理过程为例进行了仿真研究,结果表明,基于稳定H模型的软测量方法具有较高的在线软测量精度。     

基于稳定Hammerstein模型的在线软测量建模方法及应用

针对复杂工业过程中由于存在未建模动态和不确定干扰,导致关键变量的软测量精度下降的问题,提出了一种基于稳定Hammerstein模型(H模型)的在线软测量建模方法。H模型的非线性增益采用带有时变稳定学习算法的小波神经网络模型,线性系统部分采用基于递推最小二乘的ARX模型,基于输入到状态稳定性理论证明了H模型辨识误差的有界性。其中小波神经网络具有表征强非线性的特性,稳定学习算法可抑制未建模动态和不确定干扰的影响,改善了模型的预测精度和自适应能力。以典型非线性系统和实际污水处理过程为例进行了仿真研究,结果表明,基于稳定H模型的软测量方法具有较高的在线软测量精度。     

基于PSO-FNN逆的青霉素发酵软测量方法

青霉素发酵过程是一个严重非线性、时变、复杂的动态过程,发酵过程中一些关键参数(如菌体质量浓度ρX、基质质量浓度ρS和产物质量浓度(ρP)难以通过常规仪表在线测量,这些参数的获取非常耗时和困难。提出一种基于粒子群模糊神经网络逆(PSO-FNN逆)的软测量方法。首先给出青霉素发酵过程数学模型,然后根据逆系统理论证明其可逆性,在此基础上构建基于PSO-FNN逆的青霉素发酵软测量模型,最后通过仿真验证该方法性能。仿真结果表明:PSO-FNN逆的青霉素发酵软测量方法能够结合基于发酵机制和纯数据驱动2种软测量方法的优点,对不直接可测的关键参数实现在线软测量,较PSO-BPNN逆和PSO-BPNN软测量方法具有更高的预测精度和更强的预测能力。     

应用多神经网络建立动态软测量模型

引　言由于神经网络具有强大的逼近非线性函数的能力 ,因此用神经网络来建立软测量模型是目前被广泛采用的一种方法 .应用最多的是多层前向传播网络 (MFNN)和径向基函数网络 (RBF) .这些网络是静态网络 ,建模所需样本是与时间无关的离散数据 ,这样获得的模型称为软测量静态模型     

基于集成学习的注塑制品质量软测量方法研究

为解决传统注塑间歇过程的质量反馈存在严重滞后性的问题,利用注塑生产过程的传感器数据和成型机操作数据进行工况识别,对制品质量进行基于集成学习的软测量。采用Mini Batch K-Means算法,将注塑过程时段聚类为合模-注塑-保压-冷却主要阶段,实现工况准确、快速在线识别。利用多阶段演变的Stacking集成学习策略,结合工况识别的四个阶段,建立多阶段集成软测量模型。采用分阶段建模的方法明显削弱了数据的非线性,预测精度相比传统线性回归模型得到提升。采用集成学习的方法也提高了模型的精度,与非线性模型相比预测精度也得到提高,该多阶段集成的软测量方法可以为产品质量控制和改进,提供较精确的质量反馈。     

基于混沌RBF神经网络的气化炉温度软测量系统

针对德士古气化炉炉膛温度难以测量这一情况,提出利用软测量技术来解决这一问题.通过建立BP网络模型和RBF网络模型以及基于PCA和CHAOS的神经网络模型,并对其仿真结果进行分析和比较,验证了该方法的可行性.CHAOS-RBF软测量模型在化肥厂的应用效果良好,误差保持在1.5%以内,不但提高了温度测量精度,而且有利于更好的生产控制.     

基于JIT-MOSVR的软测量方法及应用

针对传统多模型软测量方法在面对复杂、多变工况时缺少在线更新机制、更新时输出精度降低等问题,提出了一种基于即时学习算法(JIT)的多模型在线软测量方法(MOSVR)。离线阶段首先采用模糊C均值聚类(FCM)对训练数据进行聚类,接着采用SVR建立初始模型集。在线部分以多模型输出作为主要输出,当出现新工况时,通过在线模型更新策略(OSMU)将输出模式切换为JIT,同时多模型集进行在线更新。该方法不仅拥有多模型输出的快速性、精确性,而且在模型更新时通过JIT模式还能保证输出的连续性、稳定性、精确性。最后将该软测量方法进行了数值仿真并运用到乙烷浓度软测量中,验证了该方法的有效性。     

基于自动谱聚类与多极端学习机模型的油井油液含水率软测量

油井油液的含水率是石油生产中的一个重要参数,及时、准确的测量对提高采油生产效率具有重要的意义。针对传统人工测量所存在的不足,引入软测量技术,建立基于自动谱聚类与多极端学习机(automatic spectral clustering-multiple extreme learning machines,ASC-MELM)的软测量模型。提出一种自动谱聚类(spectral clustering,SC)算法,由改进的萤火虫算法(firefly algorithm,FA)对聚类数目和尺度参数进行优化选取,所提出的改进萤火虫算法(improved firefly algorithm,IFA)采用以一定概率跳出当前解的机制,避免传统FA过早陷入局部最优解的不足;对聚类后的不同训练子集,分别由极端学习机(extreme learning machine,ELM)建立子模型,由IFA对其中的隐含层输入权值、隐含层神经元的偏置和隐含层节点个数进行优化选取;最后,将多个子模型的结果取加权平均值输出。由国内某油田作业区一口生产井进行实例验证,结果表明所提出方法具有较高的预测精度,对于实现油井油液含水率的软测量是合理有效的。