本文關(guān)鍵詞：基于時(shí)間維度拓展局部加權(quán)ELM的工業(yè)過程軟測量建模

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【摘要】：在現(xiàn)代工業(yè)過程中,為了保證生產(chǎn)過程安全和產(chǎn)品質(zhì)量,及時(shí)獲得過程關(guān)鍵產(chǎn)品參數(shù)具有非常重要的意義。然而由于技術(shù)和成本限制,在復(fù)雜的工業(yè)過程中很難直接對關(guān)鍵的質(zhì)量變量進(jìn)行檢測。很多情況下必須使用昂貴的測量儀表或者對生產(chǎn)過程造成一定的干擾。工業(yè)過程軟測量技術(shù)通過建立容易測量的輔助變量和質(zhì)量變量之間的數(shù)學(xué)模型,來間接的對質(zhì)量變量進(jìn)行檢測。在軟測量建模算法的發(fā)展過程中,傳統(tǒng)的多元統(tǒng)計(jì)回歸方法算法結(jié)構(gòu)簡單,速度快,而日趨成熟的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和深度學(xué)習(xí)算法精度高適應(yīng)非線性過程但是計(jì)算速度往往較慢。本文圍繞極限學(xué)習(xí)機(jī)(Extreme Learning Machine,ELM)這種單隱層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行研究。該算法無需進(jìn)行神經(jīng)元參數(shù)的反復(fù)迭代計(jì)算。運(yùn)算速度快、精度高并且不會陷入局部最優(yōu)解,具有良好的發(fā)展?jié)摿Α１疚膰@ELM算法,以工業(yè)過程軟測量建模為應(yīng)用背景展開研究,得到的主要研究成果總結(jié)如下:1)針對工業(yè)過程的非線性問題,提出了基于局部加權(quán)極限學(xué)習(xí)機(jī)(LWELM)的軟測量建模方法。利用局部加權(quán)方法對每個(gè)測試樣本點(diǎn)建立局部模型,相比全局模型簡化了模型的復(fù)雜度,有利于解決復(fù)雜工業(yè)非線性過程中ELM算法泛化性能不足的問題,仿真驗(yàn)證了該方法能有效改進(jìn)軟測量模型預(yù)測精度。2)針對工業(yè)過程的動態(tài)性問題,提出了基于時(shí)間維度拓展極限學(xué)習(xí)機(jī)(TELM)的軟測量建模方法。該方法將當(dāng)前時(shí)刻前后的樣本點(diǎn)合并為新的樣本點(diǎn),得到一個(gè)高維度高線性相關(guān)性的包含過程動態(tài)性信息的拓展矩陣。ELM算法能夠克服樣本高維度和線性相關(guān)性強(qiáng)問題,并且利用增加的數(shù)據(jù)量改善了 ELM算法在有限樣本情況下的泛化能力不足問題,同時(shí)得到了過程動態(tài)信息。仿真驗(yàn)證了該方法能有效改進(jìn)軟測量模型預(yù)測精度。3)針對工業(yè)過程的動態(tài)性、非線性以及噪聲誤差干擾問題,提出了基于時(shí)間維度拓展局部加權(quán)極限學(xué)習(xí)機(jī)方法(TLWELM)的軟測量建模方法。該方法既考慮時(shí)間臨近樣本之間的動態(tài)相關(guān)關(guān)系,也考慮空間上臨近樣本點(diǎn)之間的局部模型相似性,采用了兩種改進(jìn)方法結(jié)合的方式對極限學(xué)習(xí)機(jī)算法進(jìn)行改進(jìn)。局部加權(quán)方法在一定程度上排除了離群點(diǎn)和奇異值降低噪聲和誤差的干擾。同時(shí)改善了極限學(xué)習(xí)機(jī)的泛化性能,降低了時(shí)間維度拓展方法為了改善極限學(xué)習(xí)機(jī)泛化性能所需要的拓展維度。隨著拓展矩陣的縮小,噪聲和誤差的干擾也進(jìn)一步減弱了。仿真驗(yàn)證了該方法能有效改進(jìn)軟測量模型的預(yù)測精度。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O212.4;TP18

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1258692