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基于仿真机理和改进回归决策树的二噁英排放建模
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作者 夏恒 汤健 +1 位作者 余文 乔俊飞 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1601-1619,共19页
城市固废焚烧(Municipal solid waste incineration,MSWI)过程是“世纪之毒”二噁英(Dioxin,DXN)的重要排放源之一.截止目前为止,DXN的演化机理和实时检测仍是尚未解决的难题.现有研究主要基于离线化验数据构建数据驱动模型,DXN的检测... 城市固废焚烧(Municipal solid waste incineration,MSWI)过程是“世纪之毒”二噁英(Dioxin,DXN)的重要排放源之一.截止目前为止,DXN的演化机理和实时检测仍是尚未解决的难题.现有研究主要基于离线化验数据构建数据驱动模型,DXN的检测未有效结合燃烧过程机理.针对该问题,本文提出基于仿真机理和改进线性回归决策树(Linear regression decision tree,LRDT)的DXN排放建模.首先,采用基于床层固废燃烧模拟软件FLIC(Fluid dynamic incinerator code)和过程工程先进系统软件(Advanced system for process engineering Plus,Aspen Plus)耦合的数值仿真模型,获取蕴含多运行工况的虚拟机理数据;接着,利用虚拟机理数据构建基于改进LRDT的CO_(2)、CO和O_(2)燃烧状态表征变量模型;然后,以真实CO_(2)、CO、O_(2)作为输入和以DXN真值作为输出,构建多入单出LRDT的过程映射模型(Process mapping model,PMM),再利用该模型进行半监督学习和结构迁移得到机理映射模型1(Mechanism mapping models1,MMM1);最后,通过结构增量学习获得基于半监督迁移学习的MMM2模型.在实验室的半实物平台和北京某MSWI厂的边侧验证平台对所提方法进行了工业应用验证.实验结果证明了所提方法与研发的软测量系统可有效实现二噁英排放浓度在线检测. 展开更多
关键词 城市固废焚烧 二噁英 燃烧状态 数值仿真机理 线性回归决策树 半监督迁移学习
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污水处理过程的递阶神经网络建模 被引量:23
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作者 丛秋梅 柴天佑 余文 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期8-14,共7页
针对污水处理过程的多变量和多非线性子系统的串级结构特点,提出了一种基于活性污泥过程机理的递阶神经网络建模方法.该方法将神经网络与过程机理模型以串级方式连接,以神经网络辨识活性污泥过程模型中的非线性组分反应速率.分析各子过... 针对污水处理过程的多变量和多非线性子系统的串级结构特点,提出了一种基于活性污泥过程机理的递阶神经网络建模方法.该方法将神经网络与过程机理模型以串级方式连接,以神经网络辨识活性污泥过程模型中的非线性组分反应速率.分析各子过程建模误差的关系,给出了模型的稳定学习算法和稳定性理论分析.最后通过某污水处理厂生化脱氮过程实际运行数据的实验表明所提出的建模方法是有效的. 展开更多
关键词 污水处理过程 串级过程 递阶神经网络 稳定学习律
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基于IT2FBLS强化学习PID的MSWI过程炉膛温度控制
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作者 田昊 汤健 +3 位作者 夏恒 王天峥 余文 乔俊飞 《自动化学报》 北大核心 2025年第7期1626-1641,共16页
城市固废焚烧(MSWI)过程中固有的非线性、时变性和不确定性导致领域专家需要凭借经验通过高频率手动干预进行炉膛温度控制.针对上述问题,为模拟专家的自适应机制,提出基于强化学习的比例-积分-微分(PID)自整定控制策略,即采用共享机制区... 城市固废焚烧(MSWI)过程中固有的非线性、时变性和不确定性导致领域专家需要凭借经验通过高频率手动干预进行炉膛温度控制.针对上述问题,为模拟专家的自适应机制,提出基于强化学习的比例-积分-微分(PID)自整定控制策略,即采用共享机制区间II型模糊宽度学习系统(IT2FBLS)拟合Actor-critic网络(ACN)进行PID参数优化.首先,采用共享机制IT2FBLS拟合ACN以克服焚烧过程的不确定性、减少计算消耗和确保紧凑的网络结构;然后,利用基于时间差分误差的梯度下降法更新ACN参数以实现快速学习;最后,利用李雅普诺夫方法,证明Actor-critic算法的收敛性和控制过程的稳定性.通过MSWI过程的实际运行数据仿真验证了该方法的有效性. 展开更多
关键词 城市固废焚烧 炉膛温度控制 强化学习 区间Ⅱ型模糊宽度学习系统 Actor-critic网络 共享机制 PID参数优化
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城市固废焚烧过程智能优化控制研究现状与展望 被引量:15
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作者 汤健 夏恒 +1 位作者 余文 乔俊飞 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期2019-2059,共41页
针对全球城市固废(Municipal solid waste,MSW)的高增长率导致城市环境持续恶化以至于“垃圾围城”现象日益增多等问题,MSW焚烧(MSW incineration,MSWI)技术能够通过发酵、燃烧、换热和净化等工艺实现废物变能源(Waste-to-energy,WTE).... 针对全球城市固废(Municipal solid waste,MSW)的高增长率导致城市环境持续恶化以至于“垃圾围城”现象日益增多等问题,MSW焚烧(MSW incineration,MSWI)技术能够通过发酵、燃烧、换热和净化等工艺实现废物变能源(Waste-to-energy,WTE).在当前“双碳战略”和“蓝天净土”的新环保背景下,作为未来长时期内MSW处理主流方式和生态文明建设与循环经济体系托底工业的MSWI过程正面临着重大机遇.如何融合人工智能、大数据、云计算等技术实现MSWI的智慧化、低碳化和绿色化可持续性发展是目前具有挑战性的难题.对此,本文首先描述MSWI工艺机理,分析其运行控制特性和实现其智能优化控制存在的难点;然后,从燃烧特性分析与建模、燃烧过程控制、指标建模与预测、运行监控与故障识别、操作(控制)变量优化、算法仿真验证平台等6个方面进行综述;接着,分析MSWI过程智能优化控制研究的必要性;最后,结合工业人工智能的本质给出未来研究方向.在此基础上,展望基于数字孪生平台的MSWI智能优化控制系统的框架和愿景,并总结未来挑战. 展开更多
关键词 城市固废焚烧 双碳战略 智能优化控制 工业人工智能 数字孪生平台
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基于更新样本智能识别算法的自适应集成建模 被引量:18
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作者 汤健 柴天佑 +2 位作者 刘卓 余文 周晓杰 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第7期1040-1052,共13页
选择表征建模对象特性漂移的新样本对软测量模型进行自适应更新,能够降低模型复杂度和运行消耗,提高模型可解释性和预测精度.针对新样本近似线性依靠程度(Approximate linear dependence,ALD)和预测误差(Prediction error,PE)等指标只... 选择表征建模对象特性漂移的新样本对软测量模型进行自适应更新,能够降低模型复杂度和运行消耗,提高模型可解释性和预测精度.针对新样本近似线性依靠程度(Approximate linear dependence,ALD)和预测误差(Prediction error,PE)等指标只能片面反映建模对象的漂移程度,领域专家结合具体工业过程需要依据上述指标和自身积累经验进行更新样本的有效识别等问题,本文提出了基于更新样本智能识别算法的自适应集成建模策略.首先,基于历史数据离线建立基于改进随机向量泛函连接网络(Improved random vector functional-link networks,IRVFL)的选择性集成模型;然后,基于集成子模型对新样本进行预测输出后采用在线自适应加权算法(On-line adaptive weighting fusion,OLAWF)对集成子模型权重进行更新,实现在线测量阶段对建模对象特性变化的动态自适应;接着基于领域专家知识构建模糊推理模型对新样本相对ALD(Relative ALD,RALD)值和相对PE(Relative PE,RPE)值进行融合,实现更新样本智能识别,构建新的建模样本库;最后实现集成模型的在线自适应更新.采用合成数据仿真验证了所提算法的合理性和有效性. 展开更多
关键词 集成学习 更新样本识别 模糊推理 近似线性依靠 预测误差
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选择性融合多尺度筒体振动频谱的磨机负荷参数建模 被引量:14
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作者 汤健 柴天佑 +2 位作者 丛秋梅 刘卓 余文 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期1582-1591,共10页
针对目前采用经验模态分解(empirical model decomposition,EMD)得到的系列子信号构建的磨机负荷参数软测量模型泛化性能差、难以进行清晰物理解释,以及EMD算法存在的模态混叠等问题,本文提出了基于选择性融合多尺度筒体振动频谱的建模... 针对目前采用经验模态分解(empirical model decomposition,EMD)得到的系列子信号构建的磨机负荷参数软测量模型泛化性能差、难以进行清晰物理解释,以及EMD算法存在的模态混叠等问题,本文提出了基于选择性融合多尺度筒体振动频谱的建模方法.首先采用EMD、集合EMD(ensemble EMD,EEMD)、希尔伯特振动分解(Hilbert vibration decomposition,HVD)共3种多组分信号自适应分解算法获得磨机筒体振动多尺度子信号的集合,接着通过相关性分析剔除虚假无关部分,然后再将与原始信号相关性强的那部分多尺度子信号变换至频域,进而更有利于构建这些多尺度频谱与磨机负荷参数间的映射模型,最后通过改进分支定界选择性集成(improved branch and bound based selective ensemble,IBBSEN)算法建立软测量模型,实现对多源多尺度筒体振动频谱的最优选择性信息融合.基于实验球磨机运行数据的仿真实验表明所提方法在模型可解释性和泛化性能上均优于之前研究所提出方法. 展开更多
关键词 多组分信号分解 信息融合 选择性集成建模 振动频谱 软测量
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在线KPLS建模方法及在磨机负荷参数集成建模中的应用 被引量:22
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作者 汤健 柴天佑 +1 位作者 余文 赵立杰 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第5期471-486,共16页
针对过程非线性、基于历史数据构建的离线模型泛化性差以及基于滑动窗口和每样本递推更新的在线建模方法难以均衡建模精度和建模速度等问题,提出了一种在线核偏最小二乘(On-line kernel partial least squares,OLKPLS)建模方法.该方法... 针对过程非线性、基于历史数据构建的离线模型泛化性差以及基于滑动窗口和每样本递推更新的在线建模方法难以均衡建模精度和建模速度等问题,提出了一种在线核偏最小二乘(On-line kernel partial least squares,OLKPLS)建模方法.该方法依据新样本与建模样本间的近似线性依靠(Approximate linear dependence,ALD)值和代表工业过程特性漂移幅度的阈值,选择有价值样本更新KPLS模型,并采用合成数据和Benchmark平台数据对该方法进行了仿真验证.针对基于离线历史数据建立的融合多传感器信息的磨机负荷参数集成模型难以适应磨矿过程时变特性的问题,提出了基于OLKPLS和在线自适应加权融合算法的在线集成建模方法,并通过实验球磨机的实际运行数据仿真验证了方法的有效性. 展开更多
关键词 核偏最小二乘 近似线性依靠 模型更新条件 在线建模 集成建模
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基于动态神经网络的瓦斯浓度实时预测方法 被引量:16
8
作者 张昭昭 乔俊飞 余文 《控制工程》 CSCD 北大核心 2016年第4期478-483,共6页
针对矿井中瓦斯浓度变化的时变性、非线性等特点,提出了一种动态神经网络瓦斯浓度实时预测模型。该模型利用历史数据建立初步预测模型,通过实时采集的瓦斯浓度数据进行预测,并用新数据及时调整预测模型的学习参数和结构参数,使得预测模... 针对矿井中瓦斯浓度变化的时变性、非线性等特点,提出了一种动态神经网络瓦斯浓度实时预测模型。该模型利用历史数据建立初步预测模型,通过实时采集的瓦斯浓度数据进行预测,并用新数据及时调整预测模型的学习参数和结构参数,使得预测模型能够根据瓦斯浓度的动力学特性及时更新。用矿井实测瓦斯浓度数据进行试验,结果表明该模型较其他静态预测模型的预测精度有明显的提高。 展开更多
关键词 动态神经网络 瓦斯浓度预测 时变系统 实时
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带有稳定学习算法的小波神经网络及应用 被引量:3
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作者 丛秋梅 柴天佑 余文 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期305-308,316,共5页
针对当系统存在未建模动态时,神经网络辨识易产生参数漂移和不稳定的问题,采用输入-状态稳定性(ISS,input-to-state stability)分析方法,获得小波神经网络权值矩阵和小波尺度参数的误差反传类时变学习算法,该算法不带有鲁棒修正即可以... 针对当系统存在未建模动态时,神经网络辨识易产生参数漂移和不稳定的问题,采用输入-状态稳定性(ISS,input-to-state stability)分析方法,获得小波神经网络权值矩阵和小波尺度参数的误差反传类时变学习算法,该算法不带有鲁棒修正即可以实现小波神经网络的鲁棒稳定性.仿真例子表明,此稳定学习算法优于一般的误差反传算法,并将带有稳定学习算法的小波神经网络用于污水处理过程出水水质COD(化学需氧量,chemical oxygen demand)的预测,获得了较好的效果. 展开更多
关键词 小波神经网络 输入-状态稳定性 稳定学习算法 鲁棒稳定性 污水处理过程 化学需氧量
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基于多模态特征子集选择性集成建模的磨机负荷参数预测方法 被引量:5
10
作者 刘卓 汤健 +1 位作者 柴天佑 余文 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1921-1931,共11页
如何融合球磨机系统研磨过程所产生的多模态机械信号构建磨机负荷参数预测(Mill load parameter forecasting,MLPF)模型是当前研究的热点.针对上述问题,本文提出一种基于多模态特征子集选择性集成(Selective ensemble,SEN)建模的MLPF方... 如何融合球磨机系统研磨过程所产生的多模态机械信号构建磨机负荷参数预测(Mill load parameter forecasting,MLPF)模型是当前研究的热点.针对上述问题,本文提出一种基于多模态特征子集选择性集成(Selective ensemble,SEN)建模的MLPF方法.首先,对多模态机械信号进行时频域变换得到高维频谱数据;接着,采用相关系数法和互信息法对多模态频谱进行线性和非线性特征子集的自适应选择;最后,采用优化和加权算法对上述特征子集的候选子模型进行自适应地选择与合并,得到基于SEN机制的MLPF模型.采用磨矿过程实验球磨机的机械信号仿真验证了所提方法的有效性. 展开更多
关键词 多模态机械信号 特征子集 选择性集成 磨机负荷参数
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