1.一种基于BP神经网络与MBFO算法的铝电解生产工艺优化方法,其特征在于包括以下步骤:S1:选择对电流效率、吨铝能耗以及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;对应的吨铝能耗z1,z2,…,zN和对应的全氟化物排放量w1,w2,…,wN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以及全氟化物排放量wi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以及全氟化物排放量wbest;
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、降耗和减排的目的。
2.根据权利要求1所述的基于BP神经网络与MBFO算法的铝电解生产工艺优化方法,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x1、下料次数x2、分子比x3、出铝量x4、铝水平x5、电解质水平x6、槽温x7、槽电压x8。
3.根据权利要求1或2所述的基于BP神经网络与MBFO算法的铝电解生产工艺优化方法,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的传递函数为Tansig函数,隐藏层到输出层之间的传递函数为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的传递函数为Logsig函数,隐藏层到输出层之间的传递函数为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算法的铝电解生产工艺优化方法,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,包括细菌群体大小Nn,趋向次数Nc,趋向行为执行中前进次数Ns,繁殖次数Nre,驱散次数Ned,执行驱散行为的概率Ped;
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i之后的位置为θ(j,k,l),则:
i i *
θ(j+1,k,l)=θ(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,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、吨铝能耗zbest以及全氟化物排放量wbest,如不满足,则跳转至步骤S33循环执行。