1.一种基于多代理模型的常压精馏过程建模方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤(1):确定常压精馏过程对象的输入测量变量与输出测量变量,并利用常压精馏过程的机理模型生成N个输入样本数据及其对应的N个输出样本数据,分别记做输入矩阵X∈N×α N×β N×α
R 与输出矩阵为Y∈R ,其中,α与β分别为输入测量变量与输出测量变量的个数,R 表N×β
示N×α维的实数矩阵,R 表示N×β维的实数矩阵;
步骤(2):分别对输入矩阵X与输出矩阵Y实施归一化处理,对应得到归一化后的输入矩阵 与 并计算输入矩阵 中各个行向量之间的距离,将最大距离记为dist;
步骤(3):利用广义回归神经网络(GRNN)算法建立输入矩阵 与输出矩阵 之间的回归模型: 其中,f1表示GRNN拟合的非线性函数,E1为误差矩阵;
步骤(4):利用极限学习机(ELM)算法建立输入矩阵 与输出矩阵 之间的回归模型:其中,f2表示ELM拟合的非线性函数,E2为误差矩阵;
步骤(5):利用高斯过程回归(GPR)算法建立输入矩阵 与输出矩阵 之间的回归模型:其中,f3表示GPR算法拟合的非线性函数,矩阵E3中各列向量为零均值、方差分别为σ1,σ2,…,σβ的高斯噪声;
T
步骤(6):根据公式ελ=sum{diag(EλEλ)}计算各回归模型的累计误差ελ,然后根据如下所示公式确定各回归模型的权重系数ρλ:T T
其中λ=1,2,3,diag(EλEλ)表示将矩阵EλEλ中对角线上的元素转换成向量的操作,sum{ }表计算向量各元素之和;
步骤(7):再次利用常压精馏过程的机理模型生成n个输入输出数据,记输入数据为矩* n×α * n×β
阵X∈R ,记输出数据为矩阵Y∈R ;
* *
步骤(8):分别对X与Y实施归一化处理,对应得到输入矩阵 与输出矩阵步骤(9):以 作为回归模型输入,分别调用步骤(3)、步骤(4)、和步骤(5)中建立的回归模型,计算GRNN模型的输出估计值 ELM模型的输出估计值 和GPR模型的输出估计值
步骤(10):根据公式 计算加权输出估计值 并计算输出估计的均方误差
步骤(11):判断是否满足条件:e<elim;若是,则建模过程结束;若否,则继续执行下一步骤(12),其中elim为误差上限;
步骤(12):利用差分进化(DE)算法搜索满足如下所示目标函数的数据向量z1:上式中,yz1表示以数据向量z1为输入,常压精馏过程机理模型所对应的输出值;
步骤(13):利用DE算法搜索满足如下所示目标函数的数据向量z2:上式中,yz2表示以数据向量z2为输入,常压精馏过程机理模型所对应的输出值;
步骤(14):利用DE算法搜索满足如下所示目标函数的数据向量z3:T ‑1
上式中,cov(z3)=Cz‑k C k,Cz=η+σ,核协方差向量k与核协方差矩阵C的计算方式分别如下所示:
其中,ki为核协方差向量k中第i个元素,xi为输入矩阵 中第i行的行向量,σ为方差,c与η为核参数,Cij为核协方差矩阵C中的第i行、第j列元素,i,j=1,2,…,N,xi与xj分别为矩阵 中第i行与第j行的行向量,当i=j时, 当i≠j时, 步骤(15):分别计算z1,z2,z3与输入矩阵 中各行向量之间的距离,将距离最小值分别记为dist1、dist2、和dist3,判断是否满足条件:distλ≥0.7dist;若是,则保留相应的zλ;若否,则丢弃相应的zλ;
步骤(16):将保留的zλ及其对应的输出yzλ分别添加进输入输入矩阵 与输出矩阵 得到更新后的输入矩阵 与输出矩阵 再返回步骤(3)直至满足步骤(11)中的建模结束条件,其中yzλ表示以数据向量zλ为输入,常压精馏过程机理模型所对应的输出值。
2.根据权利要求1所述的一种基于多代理模型的常压精馏过程建模方法,其特征在于,所述步骤(12)至步骤(14)中利用DE算法搜索数据向量zλ的详细实施过程具体为:①设置DE算法的参数,包括种群个数D、缩放因子Z、最大迭代次数Imax、以及交叉概率ξ=0.1;
②设置迭代次数m=1,按均值为零、标准差为1的正态分布随机生成D个1×α维的向量各向量代表各个种群;
③分别以 做为输入向量,计算对应的目标函数值J1,J2,…,JD;
④将J1,J2,…,JD中最优值所对应的输入向量记做 并根据如下所示公式为每个种群产生一个对应的变异向量vd:
上式中,d=1,2,…,D,下标号γ与η为从区间[1,D]中随机产生的2个互不相同的整数,若是目标函数为公式(2)与公式(3),目标函数最优值为最小值;若是目标函数为公式(4),则目标函数最优值为最大值;
⑤按照如下所示公式对每个变异向量vd进行修正,即:其中,vd,g表示向量vd中的第g个元素,g=1,2,…,α;
1×α
⑥根据如下所示公式产生D个尝试向量ud∈R ,即:其中,ud,g与 分别为ud与 中第g个元素,向量rand表示0到1之间均匀分布的任意随机数;
⑦依据如下所示公式更新种群 即:上式中,J(ud)表示将ud做为输入向量,计算得到的目标函数值;
⑧判断是否满足条件:m<Imax;若是,则置m=m+1后返回步骤③;若否,则终止DE算法后,得到优化结果: