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专利号: 2015107500949
申请人: 重庆科技学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于BP神经网络与MBFO算法的铝电解多参数控制方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:选取对电流效率、吨铝能耗和全氟化物排放量有影响的控制参数构成决策变量X=[x1,x2,…xM],M为所选参数的个数;

S2:选定铝电解工业现场,采集N组决策变量X1,X2,…,XN及其对应的电流效率y1,y2,…,yN,吨铝能耗z1,z2,…,zN和全氟化物排放量o1,o2,…,oN作为数据样本,以每一个决策变量Xi作为输入,分别以对应的电流效率yi、吨铝能耗zi和全氟化物排放量oi作为输出,运用BP神经网络对样本进行训练、检验,建立铝电解槽生产过程模型;

S3:利用多目标细菌觅食优化算法,即MBFO算法,对步骤S2所得的三个生产过程模型进行优化,得到一组最优决策变量Xbest及其对应的电流效率ybest、吨铝能耗zbest和全氟化物排放量obest,优化时,利用菌群个体Pareto熵的外部档案更新策略引导菌群更新,以便快速获得最佳决策变量;

步骤S3中的MBFO算法包括以下步骤:

S31:将决策变量X的值视为细菌位置,根据决策变量X中各个参数的范围随机生成L个细菌构成菌群初始位置;

S32:初始化系统参数,包括趋向次数Nc,趋向行为中前进次数Ns,繁殖次数Nre,驱散次数Ned,驱散概率Ped,外部档案规模K;

S33:执行趋向操作,包括翻转和前进;

假设第i(i=1,2,…,L)只细菌在第j次趋向操作第k次复制操作和第l次驱散操作之后的位置为θi(j,k,l),则θi(j+1,k,l)=θi(j,k,l)+C(i)*dcti,式中,dcti是第i只细菌最近一次翻转时所选择的随机矢量方向,C(i)是其沿dcti方向前进步长,且 Δi为各分量均为[-1,1]内随机数的向量,向量的维数与决策变量X的维数相同;

S34:根据个体间的信息素浓度Jcc执行聚群操作;

S35:计算菌群的健康函数,并将其进行降序排列,淘汰健康函数值小的一半细菌,健康函数值大的另一半细菌进行繁殖,且子细菌觅食能力保持与父代一致;

对给定的k、l,每只细菌的健康函数为 式中, 表示第i只细

菌的能量,J(i,j,k,l)表示细菌i在第j次趋向操作第k次复制操作和第l次驱散操作之后的适应度函数值,Nc表示趋向次数, 越大,表示细菌i的觅食能力越强;

S36:将步骤S35中产生的菌群与上一次迭代计算产生的菌群合并,并计算此时新菌群的个体Pareto熵,按照个体Pareto熵进行排序,选择前L个优势个体构成下一代菌群;

S37:驱散:细菌经历几代复制后,以驱散概率Ped被驱散到搜索空间中的任意位置;

S38:判断优化算法是否满足结束条件,如满足,则输出Pareto前沿即最优决策变量Xbest及其对应的电流效率ybest、吨铝能耗zbest和全氟化物排放量obest,如不满足,则返回执行步骤S33;

S4:按照步骤S3所得的最优决策变量Xbest中的控制参数来控制步骤S2中所选定的铝电解工业现场,以实现在多参数最优状态下进行铝电解。

2.根据权利要求1所述的基于BP神经网络与MBFO算法的铝电解多参数控制方法,其特征在于,步骤S1中选定了8个参数构成决策变量,分别为系列电流、下料次数、分子比、出铝量、铝水平、电解质水平、槽温和槽电压。

3.根据权利要求2所述的基于BP神经网络与MBFO算法的铝电解多参数控制方法,其特征在于,步骤S2中的BP神经网络由输入层、隐藏层和输出层构成;

针对电流效率所构建的生产过程模型而言,其输入层采用8个神经元节点,隐藏层采用

13个神经元节点,输出层采用1个神经元节点,输入层到隐藏层之间传递函数为Tansig函数,隐藏层到输出层之间的函数为Purelin函数,样本训练时的迭代次数为800;

针对吨铝能耗所构建的生产过程模型而言,其输入层采用8个神经元节点,隐藏层采用

12个神经元节点,输出层采用1个神经元节点,输入层到隐藏层之间传递函数为Logsig函数,隐藏层到输出层之间的函数为Purelin函数,样本训练时的迭代次数为800;

针对全氟化物排放量所构建的生产过程模型而言,其输入层采用8个神经元节点,隐藏层采用13个神经元节点,输出层采用1个神经元节点,输入层到隐藏层之间传递函数为Tansig函数,隐藏层到输出层之间的函数为Purelin函数,样本训练时的迭代次数为800。

4.根据权利要求1所述的基于BP神经网络与MBFO算法的铝电解多参数控制方法,其特征在于,步骤S36中利用个体Pareto熵更新菌群,包括以下步骤:S361:如果待更新的外部档案A=φ,则更新后的外部档案A′={P},其中P为进化算法获得的一个新解,此时返回P;

S362:如果P被A中的任意一个成员ai∈A占优,则此时返回A;

S363:对于任意的ai∈A,如果ai被P占优,则A=A/{ai};

S364:如果A的成员个数|A|<K,K表示外部档案的最大容量,则A′=A∪{P},此时返回A′;

S365:令B=A∪{P},对所有B的成员bi∈B,评估bi的个体密度;

S366:查找B中具有最大个体密度的成员bmax;

S367:如果P就是bmax,则A′=A,此时返回A′;

S368:令A′=B/{bmax}∪{P},此时返回A′。