1.一种基于BP(BackPropagation)神经网络的飞灰含碳量在线测量方法,其特征在于:步骤1:基于静电传感器,构建以输入为信号能量、飞灰样本浓度,输出为飞灰含碳量的
3层BP神经网络模型,采用训练样本,进行BP神经网络在线参数训练;
所述步骤1的3层BP神经网络模型构建包括以下步骤:步骤1.1:当飞灰样本温度T一定,飞灰流经风粉管道时,基于静电传感器所采集的交流静电信号能量与飞灰样本浓度、含碳量呈非线性关系,现有m种含碳量分别为c1,c2,…,cm的飞灰样本,记ci为第i种飞灰样本的含碳量,i=1,2,…,m,现有n种入料口阀门开度,分别对应n种飞灰样本浓度N1,N2,…,Nn,记Nj为第j种阀门开度对应的管道内样本浓度,j=1,
2,…,n,在飞灰样本温度T一定情况下,对于流经风粉管道的含碳量为ci、浓度为Nj的飞灰样本,基于静电传感器采集一段时间的交流静电信号序列,记为其中 表示飞灰样本浓度为Nj、含碳量为ci时,第k个采集的静电信号值,K为该段时间内采集静电信号的最大次数,求信号能量记为f(ci,Nj),表示飞灰样本浓度为Nj、含碳量为ci的信号能量值, 经实验验证,信号能量与飞灰样本浓度、含碳量呈非线性关系;
步骤1.2:构建输入为信号能量、浓度,输出为飞灰含碳量,隐含层节点数为6的三层BP神经网络,其输入层层数IN=2,输出层层层数ON=1,隐含层层数HN=6,隐含层、输出层均采用S型函数;记Wih为第i输入层到第h隐含层的权值,i=1,…,IN;h=1,2,…,HN;Who为第h隐含层到第o输出层的权值,o=1,…,ON;bh为隐含层各神经元阈值;bo为输出层各神经元阈值,初始化网络参数Wih、Who、bh、bo,设置学习率η,最大迭代次数为R,可接受误差ε,输入大量归一化处理后的训练样本,记训练样本数量为M;
步骤1.3:对于第j个训练样本,其中j=1,2,…,M,输入样本经隐含层、输出层正向传播得到网络输出,记为xo(j),其目标输出为to(j),产生误差函数,记为e(j),其中步骤1.4:误差e(j)反向传输,修改网络参数Wih、Who、bh、bo;
步骤1.5:计算全局误差E,
步骤1.6:若全局误差E<ε或达到最大迭代次数R,训练完成,保存网络参数,否则j=j+
1,跳转至步骤1.3,步骤1.3到步骤1.6的参数训练方法称为梯度下降法;
步骤2:采用遗传算法Genetic Algorithm对BP神经网络进行优化,以得到BP神经网络参数的全局最优解;
步骤3:将Genetic Algorithm优化BP神经网络算法移植至DSP中,进行在线参数训练,并基于静电传感器实时采集未知含碳量的飞灰样本的静电信号序列、浓度,归一化处理后作为预测输入,进行飞灰含碳量的在线预测;
所述步骤1.1是通过改变管道入料口的阀门开度以改变管道内飞灰样本的浓度,阀门开度固定,飞灰样本浓度固定;
所述步骤3具体包括以下步骤:
步骤3.1:对于待测未知含碳量的飞灰样本,设其含碳量为cp,固定阀门开度,即管道飞灰浓度一定,记为Nq,其中q∈(1,2,…,n),采集一段时间的交流静电信号序列 其中k=1,2,…,K,求信号能量值f(cp,Nq),步骤3.2:信号能量f(cp,Nq)、浓度Nq归一化处理后作为预测输入,经预测函数即可输出飞灰含碳量的测量值,即cp。
2.根据权利要求1所述的一种基于BP神经网络的飞灰含碳量在线测量方法,其特征在于,步骤1.1是利用静电传感器检测到的微弱电信号,经放大、滤波调理电路,信号采集电路得到交流电信号序列
3.根据权利要求1所述的一种基于BP神经网络的飞灰含碳量在线测量方法,其特征在于,所述步骤2具体包括以下步骤:
步骤2.1:采用浮点编码方式,初始化进化代数t为t=0,设置最大进化代数,记作T,随机生成H个个体作为初始种群,记为P(0),个体的长度记作l,l=IN×HN+HN×ON+HN+ON;
步骤2.2:个体评价指标适应度函数为fit,其中步骤2.3:第t代种群P(t)经轮盘赌选择法、算术交叉法和非均匀变异法运算后得到下一代种群P(t+1);
步骤2.4:反复迭代,最大适应度值的个体为参数的最优初始解;
步骤2.5:经步骤1.2—1.6进行梯度下降法训练BP神经网络参数,得到其全局最优解。