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专利号: 2015107526120
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:2026-05-07
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算法的铝电解节能减排控制方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:选择对电流效率和温室气体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和温室气体排放量z1,z2,…,zN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和温室气体排放量zi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所得的两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和温室气体排放量zbest,优化时,通过计算非劣解的拥挤距离并根据拥挤距离对外部档案进行更新,以保证在种群多样性前提下快速收敛;

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,使其达到节能减排。

2.根据权利要求1所述的基于BP神经网络与MBFO算法的铝电解节能减排控制方法,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1或2所述的基于BP神经网络与MBFO算法的铝电解节能减排控制方法,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500;

针对温室气体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500。

4.根据权利要求1所述的基于BP神经网络与MBFO算法的铝电解节能减排控制方法,其特征在于,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方向前进的步伐长度,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S35产生的菌群与前一次迭代计算产生的菌群合并,计算此时新菌群的个体拥挤距离并按照拥挤距离进行排序,选择前L个优势个体构成下一代菌群;

S36: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;

S37: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和温室气体排放量zbest,如不满足,则跳转至步骤S33循环执行。

5.根据权利要求1所述的基于BP神经网络与MBFO算法的铝电解节能减排控制方法基于BP神经网络与MBFO算法的铝电解节能减排控制方法,其特征在于,步骤S3中计算非劣解的拥挤距离包括如下步骤:A1:对外部档案中所有最优个体进行升序排序;

A2:计算每个解相邻的两个个体在每个优化目标空间上的距离;

A3:将这些距离相加即得所求最优解的拥挤距离,并设边界解的拥挤距离为无穷大;

第i个个体的拥挤距离为:

式中, 为第i个个体在目标j的距离,R为升序排列后拥挤距离最大的个体序号,m为目标空间维度;

步骤S3中对外部档案进行更新时,假设外部档案A最大容量为q,第i次迭代计算形成的非支配解为Q,具体包括如下步骤:B1:计算外部档案所有个体的拥挤距离,并作降序排列;

B2:更新外部档案:在第i次迭代时,若Q>A,则以Q替换A;

B3:判断外部档案A容量是否满足最大容量的要求,若A中个体数n<q,则复制Q到A中,形成新的外部档案A1;

B4:判断新的外部档案A1中是否存在目标值相同的个体,若存在则只保留其一;

B5:若新的外部档案A1中个体数n1≤q,则进行下一次迭代,若n1>q,则计算拥挤距离di,并降序排列,删除拥挤距离最小的n1-q个个体。