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试谈微波基于增量改善BP神经网络微波深度干燥模型与运用

收藏本文 2024-01-25 点赞:28343 浏览:124236 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:BP神经网络作为人工智能探讨领域的重要分支,具有良好的非线性映射能力和高度的并行信息处理能力,在多学科交叉技术领域得到广泛的运用。微波干燥不同于传统干燥方式,其热传导方向与水分扩散方向相同。与传统干燥方式相比,具有干燥速率大、节能、生产效率高、干燥均匀、清洁生产、易实现自动化制约和提升产品质量等优点,但是在干燥历程中,影响微波干燥的因素包括微波输入功率、微波作用时间、物料初始含水量、物料质量、物料转速等,其在干燥历程中影响程度不同,致使微波预处理富硒渣的干燥历程试验周期长,试验量大且参数不易优化。选择具有非线性映射能力的BP神经网络,对微波干燥历程建立仿真模型,预测浅析试验历程。标准的BP算法是基于梯度下降法,通过计算目标函数对网络权值和阈值的梯度修正网络权值,在训练历程中有着收敛速度慢和局部最小的不足;且对于复杂的不足,在训练历程中会陷入局部最小点,以致无法收敛。由此,需对BP神经网络算法进行改善。本论文以微波深度干燥富硒渣的工业化试验历程为探讨对象,建立基于增量改善BP神经网络的预测模型和Smith补偿PID制约模型,及探讨预测模型在微波煅烧领域的运用,主要探讨内容是:1)采取Levenberg-Marquardt (L-M)算法对BP神经网络加以改善,提升了神经网络的收敛速度,同时针对在训练神经网络的历程中,无法一次性提供所需的训练数据且当样本规模较大时,系统内存的限制使得对所有样本的训练不可行等不足,提出基于增量学习的BP神经网络。结合在单个神经网络中设置权有效区域和添加隐含层单元数的策略实现增量学习,在新样本知识与原有样本知识接近时,可以在一定范围内修改权值和阈值,同时采取灵活的方式确定隐含层节点数目。在利用训练样本集对神经网络进行训练的历程中,不断增加隐含层节点数目,并计算输出误差,若误差达到要求就停止网络训练,此时网络隐含层节点数即为最优的隐含层节点数。此策略既可以使网络学习新样本知识,又可以使网络保持原有样本的知识。基于增量学习和L-M优化算法的改善BP神经网络,弥补了传统BP神经网络的不足,它具有更快的收敛性,较好的预测精度和更好的拟合结果,并能够避开误差总和不再更新,网络不再训练以致使网络瘫痪等不足,在调整网络参数时不会陷入局部最小,使网络迅速收敛,能够有效地解决训练数据不能一次性提供,以较少的先验知识学习历程的特点等不足,选择有代表性的样本在占用较少内存的前提下训练神经网络,即能够保持原有知识,又能够学习新的知识。2)在微波深度干燥富硒渣的工业化试验中,建立了增量改善BP神经网络的非线性系统预测模型,以微波输入功率、微波作用时间、物料初始含水量、物料质量和物料盘转速为输入条件,用以预测微波深度干燥富硒渣的工业化试验结果。3)建立了增量改善BP神经网络的能耗预测模型,以微波干燥工业化试验中微波功率、微波作用时间、物料质量、物料初始含水率和所需物料最终含水率为输入条件,预测工业化试验历程的能耗。4)在制约领域中,传统的PID制约器结构简单,对模型误差具有鲁棒性及易于操作等优点,被广泛运用于冶金、化工、电力、轻工和机械等工业历程制约领域中。随着工业的进展,被控对象的复杂程度不断加深,尤其对于大滞后、时变的、非线性的复杂系统,传统PID制约已经无法满足目标制约精确化的要求。建立增量改善BP神经网络的Smith补偿PID制约模型,根据工业化试验历程测定的被控对象参数作为神经网络的输入,对制约系统进行离线系统辨识,利用简化了的微波深度干燥富硒渣工业化生产历程的制约模型对增量改善BP神经网络的Smith补偿PID制约器进行仿真探讨,实现在线动态整定PID制约参数。5)建立了增量改善BP神经网络反预测模型,以物料的最终质量、物料的最终温度和物料的相对脱水率为输入条件,预测微波干燥工业化试验所需的工作时间、物料初始含水率和试验能耗。6)将工业化微波深度干燥富硒渣的神经网络预测模型运用于微波煅烧重铀酸铵(ammonium diuranate, ADU)和三碳酸铀酰铵(ammonium uranyl carbonate, AUC)试验中,用以预测微波煅烧ADU和AUC的试验历程结果。关键词:增量改善BP神经网络论文微波深度干燥论文预测模型论文Smith补偿论文PID制约论文微波煅烧论文

    摘要3-5

    Abstract5-8

    目录8-11

    第一章 绪论11-21

    1.1 工业化微波干燥探讨领域11

    1.2 神经网络进展概况11-12

    1.3 神经网络探讨内容及作用12-13

    1.4 神经网络运用领域13-15

    1.4.1 方式识别13-14

    1.4.2 最优化不足计算14

    1.4.3 智能制约14-15

    1.4.4 图像处理15

    1.4.5 信号处理15

    1.5 神经网络在微波干燥领域中的运用15-16

    1.6 本论文探讨背景、作用及内容16-19

    1.6.1 本论文探讨背景及作用16-18

    1.6.2 主要探讨内容18-19

    1.7 本章小结19-21

    第二章 增量改善BP神经网络论述21-39

    2.1 BP神经网络概述21-22

    2.2 BP算法介绍22-25

    2.3 BP神经网络参数选择25-27

    2.3.1 初始权值的选择25

    2.3.2 学习率的选择25

    2.3.3 隐含层节点数的选择25-27

    2.4 BP算法的不足27-28

    2.5 BP算法改善策略及其浅析28-32

    2.5.1 附加动量法29-30

    2.5.2 牛顿法30

    2.5.3 共轭梯度法30-31

    2.5.4 自适应学习算法31-32

    2.6 Levenberg-Marquardt算法浅析和增量学习32-37

    2.6.1 Levenberg-Marquardt算法32-34

    2.6.2 增量学习34-35

    2.6.3 传统算法与改善算法性能比较35-37

    2.7 本章小结37-39

    第三章 工业化微波深度干燥神经网络预测模型和R优化模型39-75

    3.1 传统富硒渣传统干燥策略39

    3.2 微波深度干燥工业化试验39-41

    3.2.1 富硒渣预处理39-40

    3.2.2 微波深度干燥设备、流程40-41

    3.3 工业化试验的R优化模型41-50

    3.3.1 R的概述41-42

    3.3.2 R优化模型的建立42-44

    3.3.3 R优化结果及浅析44-50

    3.4 工业化试验的神经网络预测模型50-56

    3.4.1 预测模型的建立50-52

    3.4.2 试验预测结果及浅析52-56

    3.5 神经网络模型和R模型预测能力的比较56-63

    3.5.1 试验数据预处理56-58

    3.5.2 模型预测结果及比较58-63

    3.6 工业化试验的神经网络能耗预测模型63-73

    3.6.1 微波深度干燥试验能耗预测的作用63

    3.6.2 目前预测能耗的策略及不足63-66

    3.6.3 神经网络能耗预测模型的建立66-69

    3.6.4 预测结果浅析69-73

    3.7 本章小结73-75

    第四章 工业化神经网络Smith补偿PID制约模型75-97

    4.1 微波深度干燥富硒渣制约中有着的不足75-76

    4.2 PID制约原理、特点及算法76-79

    4.2.1 PID制约原理及特点76-77

    4.2.2 PID制约算法77-79

    4.3 传统PID参数整定算法及有着的不足79-83

    4.3.1 Ziegler-Nichols整定算法79-80

    4.3.2 幅相裕度法80-81

    4.3.3 内模制约算法81-82

    4.3.4 ISTE最优整定算法82-83

    4.3.5 传统PID制约有着的不足83

    4.4 增量改善BP神经网络Smith补偿PID制约器83-96

    4.4.1 Smith补偿制约算法84-86

    4.4.2 神经网络Smith补偿PID制约器结构86

    4.4.3 神经网络Smith补偿PID制约器算法86-90

    4.4.4 神经网络Smith补偿PID制约器仿真结果浅析90-96

    4.5 本章小结96-97

    第五章 工业化微波深度干燥神经网络反预测模型97-109

    5.1 建立反预测模型的作用97

    5.2 工业化微波干燥试验反预测模型97-107

    5.2.1 反预测模型的建立97-102

    5.2.2 反预测模型的结果及浅析102-107

    5.3 本章小结107-109

    第六章 微波煅烧神经网络预测模型109-129

    6.1 微波煅烧探讨领域109-110

    6.2 微波煅烧ADU的神经网络预测模型110-119

    6.2.1 预测模型的建立110

    6.2.2 预测结果浅析110-119

    6.3 微波煅烧AUC的神经网络预测模型119-128

    6.3.1 预测模型的建立119-120

    6.3.2 预测结果浅析120-128

    6.4 本章小结128-129

    第七章 结论、革新点及展望129-133

    7.1 结论及革新点129-131

    7.2 探讨工作展望131-133

    致谢133-135

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