基于IRLS-ELM生物发酵在线软测量建模方法

为解决生物发酵过程中生物量浓度难以在线测量的问题,提出一种基于改进的最小二乘正则化极限学习机(IRLS-ELM)软测量建模方法并将其应用于红霉素发酵过程生物量浓度的在线预测中.根据误差反馈原理,将训练误差作为输入建立带反馈的神经网络,以提高模型预测精度.并将加权最小二乘法引入到ELM中改进其数学模型,削弱离群点或者不稳...     

基于PCA-OS-ELM的大气PM2.5浓度预测

为了提高细颗粒物PM_2.5浓度预测精度,提出一种主元成分分析与在线序列极限学习机相结合（PCA-OS-ELM）的PM_2.5浓度预测方法. 首先,通过主成分分析方法（PCA）提取高维大气数据中影响空气质量的关键变量,并去除不必要的冗余变量;其次,利用提取的关键变量建立在线序列极限学习机（OS-ELM）网络预测模型,将批处理和逐次迭代相结合,不断更新训练数据和网络参数实现大气PM_2.5浓度快速预测.研究结果表明,PCA-OS-ELM预测方法采用不同批次训练数据更新模型的方式,能够快速实现大气PM_2.5浓度预测,证明了该方法的有效性.与其他方法相比,该方法预测误差小,预测精度高,具有更好的实用价值.      

基于加权余弦相似度与极限学习机的电力负荷短期预测

为提高电力系统管理的效率,提出一种基于加权余弦相似度与极限学习机(extreme tearning machine, ELM)的电力负荷短期预测设计。通过熵权法对电力负荷相关物理信息进行权重分配,获得的权重赋予到余弦相似度中,利用加权余弦相似度对历史日与待测日的电负荷数据进行相似度选取,筛选数据作为极限学习机的输入,提高极限学习机回归模型的精度,最终获取电力负荷预测。实验分析与反向传播BP(back propagation)神经网络、支持向量机(spupport vector machine, SVM)预测算法对比,该方法能有效提高预测模型的精度,同时简化计算量。     

基于小波核函数极限学习机的模型预测控制模拟

针对醋酸精馏控制中,产品质量采用常规的温度间接控制存在精度低的问题,提出了一种基于小波核函数极限学习机的模型预测控制(KMPC)策略,在醋酸浓度软测量的基础上直接控制产品质量。鉴于小波核函数极限学习机(KELM)算法训练速度快并且稳定的特点,该控制系统采用KELM建立醋酸浓度控制器预测模型,以预测控制器的输出作为再沸器蒸汽流量控制器的设定值,构成串级调节系统,同时,以灵敏板温度、塔底温度、再沸器入口温度、压力等变量作为扰动变量,实现了对复杂精馏过程的前馈控制和非线性预测控制。运用ASPEN DYNAMICS流程模拟软件建立的醋酸精馏塔动态模型对KMPC策略进行仿真研究,结果表明,与传统DMC预测控制方案比较,塔底醋酸浓度控制精度有较大提高,控制结构简单,易于实施,能够实现产品质量的卡边控制。     

基于改进机器学习算法的微电网短期负荷预测

为了对具有基数小、波动大及随机性强等特点的微电网负荷进行准确预测,提出了一种基于改进的机器学习算法。该算法包括基于蚁群算法的模型参数寻优和基于改进核函数极限学习机的预测模型2部分。首先,对蚁群算法信息素的作用方式进行了改进,并将训练误差用于计算蚁群个体的新增信息素,从而得到最优的模型参数。其次,采用基于加权离散距离的方法对训练数据进行筛选,留下相似度高的训练样本对核函数输出权重进行训练,从而减少计算量,提高预测精度。用某小区高层楼宇的电网历史负荷数据,在Matlab中对算法进行仿真验证,结果表明预测算法能较好地实现微电网的负荷预测。     

基于样本稀疏化高斯过程的发酵过程软测量建模方法

提出了一种基于样本稀疏化高斯过程(GP)的发酵过程软测量建模方法。该方法将聚类和灰色关联度分析相融合，综合考虑样本点间欧式距离和各个特征向量对样本点间相似度的影响，通过剔除相似度比较大的样本点，实现训练样本集的稀疏化，降低了模型的计算复杂度。利用基于样本稀疏化的高斯过程构建青霉素发酵过程的软测量模型，同时得到青霉素浓度的预估值和表征预估值的不确定度，实验结果表明，本文所提方法与标准GP方法相比，在保证模型预测精度的前提下，减少了模型的训练时间。     

基于支持向量机与遗传算法的发酵过程软测量建模

提出了基于支持向量机的生物量浓度在线估计软测量建模方法,采用遗传算法进行模型输入的选择与支持向量机参数的选取,目的是找到对模型估计结果贡献最大的输入特征变量,降低了输入空间维数,缩小了求解问题的规模,从而减低计算方面的难度,减少了训练实际,同时又通过参数的调整,得到更好的决策函数,提高支持向量机的性能.模型的训练与验证数据都是取自实际的实验过程——诺西肽发酵.结果表明采用遗传算法进行优化的支持向量机软测量模型对生物量质量浓度具有好的预估性能.     

基于数据相似度的间歇过程在线监控

为了提高间歇过程批次之间产品的一致性,并及时发现过程中的异常情况,提出一种基于过程数据相似度的多变量统计监控方法对间歇过程的操作进行在线监控.该方法将正常批次轨迹与参考批次轨迹之间的相似度作为一种新的监控指标,并利用核密度方法估计相似度的概率密度函数,计算出控制限,在批次反应过程中利用Kalman滤波器对当前批次的数据进行实时的估计从而实现在线监控.该方法和传统多向主元分析方法的监控性能在一个青霉素发酵仿真系统上进行了比较.仿真结果表明: 该方法检测出渐变型扰动比MPCA方法提前了30 h.     

基于Jerk流形正则化深度极限学习机的电能质量复合扰动识别

为了有效利用电能质量复合扰动识别中存在的大量难以标注的实测样本,提出了一种基于Jerk流形正则化深度极限学习机(DJRELM)的半监督扰动学习方法. 算法通过堆叠嵌入Jerk流形正则化的极限学习机自编码器(JRELM-AE)实现在复合扰动特征自动提取的同时保持数据内部流形结构. 分类层通过阈值预测极限学习机和Jerk正则化半监督极限学习机的结合将多层网络扩展到多标签半监督分类应用. 实验结果表明:该方法在不同噪声环境下的分类准确率均高于几种基于极限学习机的监督学习、半监督学习算法、传统多层极限学习机和深度卷积神经网络,具有理论意义和实用价值.     

基于混沌灰狼优化算法的氧化铝质量指标预测模型

针对氧化铝焙烧过程具有强非线性、检测滞后等特点,提出一种基于混沌灰狼优化算法(CGWO)参数优化在线贯序极限学习机(OSELM)的氧化铝质量预测模型。在基于机理分析和变量相关性分析的基础上,选择氧化铝质量指标预测模型的输入变量,采用在线序贯极限学习机的方法建立模型,并利用改进的混沌灰狼优化算法得到最优的初始权值和隐含层偏差,实现焙烧过程氧化铝质量预测建模。采用工业过程数据对提出的方法进行实验验证,仿真结果表明:所建立的预测模型具有更好的精度,从而验证了方法的有效性。     

基于非参数回归的发酵过程软测量建模

为了对发酵过程进行检测并分析发酵中产物的浓度,提出一种基于非参数回归的发酵过程软测量方法。该方法直接利用未经处理过的历史数据,采用多维窗宽选择方法确定窗宽,通过计算待估计点与历史数据库中其他时刻点数据的距离来确定该时刻点的权值,从而达到软测量建模的目的,并将其用于青霉素发酵过程产物浓度的测量。实验研究表明,所得软测量模型精度较高,能够有效地实现对青霉素发酵产物浓度的估计。     

加权极限学习机的多变量时间序列预测方法

提出一种基于样本分布的极限学习机预测模型WELMSD.该模型先用kN近邻密度估计方法估计出样本的密度值,再用估计出的密度值给传统ELM的经验风险项加权,克服传统ELM在对时间序列进行预测时忽略样本分布的缺点.基于Rossler混沌时间序列和上证、深证股票数据的实验仿真结果证明了所提算法的有效性,且当近邻参数k_N取值较小时,所提模型对参数不敏感,是一种更优的多变量时间序列预测模型.     

基于多准则和高斯过程回归的动态软测量建模方法

为了解决静态软测量建模预测精度低和鲁棒性差等问题,提出了一种基于多准则和高斯过程回归的动态软测量建模方法.该方法综合考虑多种模型定阶准则,提出了高斯过程回归动态软测量模型定阶策略,为模型阶数确定提供了依据,并将所提动态软测量模型应用于红霉素发酵过程中生物量浓度的估计.研究结果表明,基于高斯过程回归的动态软测量建模方法可以实现对生物量浓度的高精度预测,且预测结果具有较小的置信度区间.     

基于极限学习机的氧化镁熔池尺寸软测量研究

在电弧炉中建立大小合适的氧化镁熔池是制备氧化镁单晶的基础.为了实现对氧化镁熔池大小的控制,通过对电弧炉传热理论的分析,找出影响氧化镁熔池尺寸的主要因素,采用极限学习机对氧化镁熔池进行软测量研究,并通过与使用支持向量机的软测量模型进行比较检测了该模型的学习能力和泛化性能.实验结果表明,应用极限学习机极大地提高了前向神经网络的学习速度,同时具有较好的预测结果,有助于提高氧化镁熔池的控制精度.     

基于PSO-ANN逆的发酵过程软测量建模

针对发酵过程中一些关键生化参量难以通过常规仪表实时测量,而制约发酵生产过程优化控制的问题,提出一种基于粒子群神经网络逆(PSO-ANN逆)的发酵软测量建模方法.以青霉素发酵过程为背景,首先建立其虚拟子系统数学模型,并构建发酵过程逆模型;其次,提出PSO-ANN逆的软测量实现方法,以克服解析法逆运算的复杂性甚至难于实现的问题;最终构建PSO-ANN逆软测量模型,并进行试验及仿真.结果表明:该软测量建模方法能够将机理建模与数据驱动建模方法相结合,充分利用对象模型的先验知识和经验数据,有效解决了青霉素发酵过程中不可在线测量的关键参量实时测量难题,其训练和测试误差分别达到0.037 2和0.046 1,模型具有较高的预测精度和较强的预测能力.     

基于PLS模型的自适应间歇过程质量预测

间歇生产过程中,很多质量指标不能在线测量,导致过程很难控制。该文应用部分最小二乘(PLS)方法建立软测量模型,通过批次初期在线测量的过程变量对最后的产品质量进行预测。同时,利用过程中得到的中间质量测量值对最后的预测结果进行修正。为了解决过程参数随时间变化的问题,在每个批次结束后利用新数据对原模型进行更新。将该法用于异丁烯酸甲酯(MMA)聚合反应过程,仿真结果显示,该法能够克服过程参数变化的影响,有效地预测最后的产品质量。     

基于DRFNN的赖氨酸发酵生物参数估计

赖氨酸发酵过程是一个复杂的非线性强耦合动态过程,发酵过程中某些关键生物参数(如菌体浓度、基质浓度、产物浓度)难以实时在线检测.针对这些问题,建立了基于动态递归模糊神经网络(DRFNN)的赖氨酸发酵生物参数估计软测量模型.利用主元分析法建立发酵过程中在线不可测参数的软测量模型,应用动态递归模糊神经网络所具有的自学习、自适应能力以及对任意非线性的逼近能力,对该模型进行辨识,从而达到预测这些关键生物参数的目的.仿真结果表明该方法能够对赖氨酸发酵过程中不可在线测量的生物参数进行估计,且达到了较高的精度.     

一种改进的基于软判决自回归模型图像内插算法

提出一种改进的基于软判决自回归模型图像内插算法,分为正则化权值训练和图像内插两部分.在训练部分,根据局部窗口特征和其对应的最优正则化权值建立字典.在图像内插部分,利用加权最小二乘法估计自回归模型参数,并通过查找字典中距离当前局部窗口最近的样本获得最优正则化权值,然后使用软判决估计重建图像内插值.同时,使用EM算法修正估计出的模型参数和图像内插值.实验结果表明,与其它算法相比,所提的内插算法具有更好的主观和客观效果.     

小波核极限学习机及其在醋酸精馏软测量建模中的应用

传统的机器学习算法一般通过迭代进行参数寻优,导致学习速度慢,且容易陷入局部最小值。针对这个问题,提出了一种基于小波核函数的极限学习机(KEML)的软测量建模方法,将支持向量机(SVM)中核函数的思想运用到极限学习机(EML)中,避免了SVM训练速度慢以及ELM算法不稳定的缺点。将KEML算法运用于醋酸精馏的软测量建模问题中,仿真实验结果验证了该算法的学习速度是SVM的92倍,且算法的精度以及模型的泛化能力都有所提高。     

木糖醇发酵过程参数的在线软测量

针对在线测量或预测木糖醇浓度并适时终止发酵问题,运用广义对数方程拟合木糖醇发酵过程的各参数值,借助均匀设计法寻找神经网络的最佳隐层单元数、学习速度、初始权矩阵,构建一个具有５－８－４三层网格结构的“软传感器”。经检验,它能很好实现在线状态估计和提前一步预测木糖醇浓度。该方法也有利于实现其他发酵过程的在线控制。