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。     

改进的核极限学习机定位算法

针对神经网络无线定位方法,存在训练耗时长,定位结果易受噪声干扰的问题,提出了一种改进的核极限学习机无线定位算法。采取在同一位置进行多次测量的方法得到训练数据;把同一位置测得的数据划分为一个样本子空间并提取样本子空间的特征,以样本子空间的特征代替原来的训练数据;利用矩阵近似及矩阵扩展的相关理论改进核极限学习机算法;将处理过的训练数据利用改进的核极限学习机进行训练,得到定位预测模型。仿真结果表明,在相同数据集下,改进的核极限学习机训练用时短、定位速度快;在相同噪声干扰情况下,此算法定位预测误差小。经验证,该算法不但能提高网络的训练速度、定位速度,还能有效地降低噪声的干扰,提高定位精度。     

基于快速留一交叉验证的核极限学习机在线建模

提出了一种基于快速留一交叉验证(FLOO-CV)的在线核极限学习机(OKELM),以逐次增加新样本与删除旧样本的方式进行在线训练;设计了一种无需人为设定、能够根据系统过程特性自适应改变的FLOO-CV预测误差阈值,根据误差阈值仅引入预报误差较大的样本对模型进行更新,以提高模型的稀疏性和泛化能力;利用Hermitian矩阵求逆引理实现了对网络输出权值的递推求解,减小了在线存储空间和计算时间.经混沌时间序列预测和连续搅拌釜式反应器的过程辨识结果表明,相比于离线核极限学习机、无稀疏策略的在线核极限学习机和在线序贯极限学习机,OKELM具有更快的计算速度和更高的学习精度.     

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。     

基于布谷鸟搜索算法参数优化的组合核极限学习机

针对单核极限学习机在泛化性能上存在一定局限性的问题, 提出将再生核函数与多项式核函数相结合, 建立一种新的组合核极限学习机模型, 使其具有全局核与局部核的优点, 并选择布谷鸟搜索算法对其参数进行优化选择. 仿真实验结果表明, 采用基于再生核的组合核函数作为极限学习机的核函数可行, 在实验数据集的多值分类和回归问题上, 与传统支持向量机及单核极限学习机相比, 该模型具有更好的泛化性能.     

关于增量极限学习机的逼近阶估计

与以往探究增量极限学习机的全局逼近能力有所不同,文中给出了该算法定量的收敛性分析。源于纯贪婪算法估计逼近阶的思想,文中运用数列构造与不等式缩放等方法估计增量极限学习机的逼近阶,最终用定理证明了它对于连续目标函数f的逼近阶为o(n-16)。这就对增量极限学习机的快速收敛性能给出了清晰解释。     

基于稀疏性贝叶斯极限学习机的气动调节阀多类故障诊断

气动调节阀是工业过程中使用最广泛的终端执行机构之一,它的性能好坏直接影响控制回路的性能.将基于稀疏性贝叶斯的极限学习机(SBELM)方法运用于多类故障诊断,基于DAMADICS平台的典型气动调节阀多类故障模型数据通过SBELM进行训练.不仅能根据模型的先验知识和基于最大后验概率准则(MAP)的贝叶斯思想估计出模型输出的概率分布,而且能基于设定的性能指标自动剔除无用的训练样本,用一小部分观测数据达到多故障分类的目的,能训练出一个精确且紧凑的故障诊断模型.     

基于正则极限学习机的烟草病毒病预测

为了对烟草病毒病的病情指数进行建模研究,采用了一种正则极限学习机算法：通过引入惩罚因子来权衡结构风险与经验风险的大小,进一步增强网络的泛化性．针对烟草病毒病的众多影响因素,采用灰色关联度算法选取主要影响因子．使用某地1984—1995年病情资料、相关虫情和气象资料,经过数据挖掘、建模仿真,将正则极限学习机应用于烟草病毒病预测中,效果较好,对烟草病毒病的防治具有指导意义．     

基于核极限学习机的飞行器故障诊断方法

针对高超声速飞行器反作用控制系统（reaction control system,RCS）的推力器故障,展开了基于核极限学习机（kernel extreme learning machine,KELM）的故障诊断方法研究,并对该诊断方法进行了参数优化和核函数优化,为飞行器执行器故障提供了快速准确的诊断方法。结果表明：该方法可以克服对飞行器模型的依赖,以数据驱动的方式对飞行器执行器故障实现快速准确的诊断。     

基于布谷鸟搜索算法参数优化的组合核极限学习机

针对单核极限学习机在泛化性能上存在一定局限性的问题, 提出将再生核函数与多项式核函数相结合, 建立一种新的组合核极限学习机模型, 使其具有全局核与局部核的优点, 并选择布谷鸟搜索算法对其参数进行优化选择. 仿真实验结果表明, 采用基于再生核的组合核函数作为极限学习机的核函数可行, 在实验数据集的多值分类和回归问题上, 与传统支持向量机及单核极限学习机相比, 该模型具有更好的泛化性能.     

基于ELM-SVR模型的装备关键部件寿命预测

摘 要 装备关键部件数量众多,其性能决定了武器系统的健康寿命。为解决单一模型预测精度不高的问题,提出了基于ELM-SVR模型的剩余寿命预测方法。使用ELM模型的隐层神经元激活函数将特征映射到高维空间,提高特征辨识度,对高维特征采用核函数SVR模型拟合,以软间隔函数代替均方误差函数为优化函数,有效提升了剩余寿命预测精度。依据多个装备关键部件的综合性能指标对其进行剩余寿命预测,实验结果表明：与ELM、SVR、KELM模型相比,平均预测精度分别提高了57.14%,44.44%,11.76%,可见ELM-SVR模型具有一定的泛化能力与鲁棒性,可显著提高剩余使用寿命预测精度。     

基于I-ELM的飞机复合材料结构损伤识别研究

针对飞机复合材料结构损伤难以有效识别问题,本文提出一种基于增量型极限学习机(Incremental Extreme Learning Machine,I-ELM)的飞机复合材料结构损伤识别新方法。首先对某型机用复合材料层合板进行冲击,而后对其进行疲劳拉伸试验,通过优化布局在复合材料层合板上的光纤光栅传感器募集应变信息,并对其进行预处理。采用互补总体平均经验模态分解(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition,CEEMD)方法对募集的应变信息进行自适应分解,得到多个本征模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF),计算各阶IMF分量的样本熵,通过核熵成分分析(Kernel Entropy Component Analysis,KECA)方法对样本熵进行特征融合,构建融合特征向量,采用融合特征向量建立基于I-ELM损伤识别模型,通过实验对损伤识别模型的有效性进行了验证,并与所构建的BP的损伤识别模型的识别结果进行了比较。结果表明,该方法能有效对飞机复合材料结构损伤进行识别,具有很好的应用前景。     

基于角度分布的高维数据流异常点检测算法

为了有效检测高维数据流中的异常点,提出一种基于角度分布的高维数据流异常点检测(DSOD)算法.运用基于角度分布的方法准确识别高维数据集中的正常点、边界点以及异常点;构造了基于正常集、边界集的小规模数据流型计算集,以降低算法在空间以及时间上的开销;建立了正常集、边界集的更新机制,以解决大数据流的概念转移问题.在真实数据集上的实验结果表明,所提出的DSOD算法的效率高于Simple VOA算法与ABOD算法,并且适用于大数据流上的异常点检测.     

基于流形正则化的在线半监督极限学习机

在基于流形正则化的半监督极限学习机(SS-ELM)的基础上,利用分块矩阵的运算法则,提出了在线半监督极限学习机(OSS-ELM)方法.为避免在实时学习的过程中由于数据累积引起的内存不足,通过对SS-ELM的目标函数的流形正则项的近似,给出了OSS-ELM的近似算法OSSELM(buffer).在Abalone数据集上的实验显示,OSS-ELM(buffer)在线学习的累计时间与所处理的样本个数呈线性关系,同时,9个公共数据集上的实验表明,OSS-ELM(buffer)的泛化能力与SS-ELM的泛化能力的相对偏差在1%以下.这些实验结果说明,OSS-ELM(buffer)不仅解决了内存问题,还在基本保持SS-ELM泛化能力的基础上大幅度提高了在线学习速度,可以有效应用于在线半监督学习当中.     

以气象参数预测的输电线最大载流量概率模型

针对气象参数预测的问题,提出应用经验模态分解法（EMD）对研究地区的历史气象数据按时间序列进行分解和特征提取,以粒子群优化的核极限学习机（PSO-KELM）进行预测的方法. 该气象参数的预测结果将作为输电线路最大载流量概率模型的源数据. 基于载流量密度函数的概率建模,提出基于气象参数的输电线路最大载流量的计算方法. 某地区电网的应用分析结果表明,在用电高峰期时可根据气象参数预测结果动态调整输电线路的载流量,在确保输电线路安全可靠性的前提下,提高输电线路的输送能力.     

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.      

基于极点对称模态分解-分散熵和改进乌鸦搜索算法-核极限学习机的短期负荷区间预测

针对确定性负荷点预测存在不同程度误差及难以反映电力需求不确定性的问题,提出一种基于极点对称模态分解(extreme-point symmetric mode decomposition, ESMD)-分散熵(dispersion entropy, DE)和改进乌鸦搜索算法(improved crow search algorithm, ICSA)优化核极限学习机的短期负荷区间预测模型。首先用ESMD将原始负荷时间序列分解为多个特征互异的子序列,降低了原始非平稳负荷序列对预测结果的影响,并计算各子序列的分散熵,将熵值相近的子序列重组为新序列以降低计算规模;其次,基于上下限估计法,利用ICSA算法对核极限学习机(kernel extreme learning machine, KELM)输出权值进行优化,得到最优预测区间上下限,并以此分别对各新序列进行区间预测;最后将预测结果叠加得到最终的预测区间。仿真结果表明,所提模型有效提高了负荷预测区间的质量,为电力系统决策工作提供有力支持。     

支持向量机技术及其应用

支持向量机是基于统计学习理论的一种新兴的通用机器学习技术,相比传统的统计学习理论,其性能有突出的优越性。论述了支持向量机技术的研究和目前的应用状况,并指出了支持向量机技术在应用研究中一些待解决的问题和研究方向。