利索能及
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专利号: 202211341256X
申请人: 淮阴工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-08
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于改进的黏菌算法优化Elman神经网络的电梯故障预测方法,其特征在于:利用传感器采集电梯运行数据,通过WIFI模块将数据上传给后台进行数据处理,后台的数据处理采用改进的黏菌算法优化的Elman神经网络模型;黏菌算法经过sine‑tent混沌映射优化和加入新的贪心步骤优化,将具有更高精度的寻优结果输出到Elman神经网络模型,从而优化Elman模型的权值和阈值,最后输出预测结果;具体的运行步骤包括:步骤1:利用传感器采集各项电梯运行数据;

步骤2:将采集到的数据上传至后台进行数据预处理;

步骤3:针对步骤2中的数据预处理,将采集到的数据进行归一化处理,把数据统一归为[0,1],并输入到Elman神经网络模型;

步骤4:初始Elman模型的权值和阈值;

步骤5:利用黏菌算法得出最优值;

步骤6:判断是否达到结束条件,若达到条件则将最优值赋给Elman神经网络;若没有达到,则重新进行步骤5;

步骤7:根据Elman神经网络的输出结果,判断电梯是否会出现对应的电梯故障。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进的黏菌算法优化Elman神经网络的电梯故障预测方法,其特征在于:所述的黏菌算法经过sine‑tent混沌映射优化和加入新的贪心步骤优化,加入的贪心步骤公式如下:公式(1)是让黏菌个体在当前最优值附近进行搜索,将搜索结果和当前个体的适应度进行比较,若新个体的适应度值优于当前个体,则更新位置到新个体,反之保留原来的位置;

其中,xn为新个体,xb为当前最优个体,y1为震荡衰减函数,randA为[‑a,a]的均匀随机数,xr是整个种群中的随机个体,xi为当前个体,t为自变量,F为适应度值。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于改进的黏菌算法优化Elman神经网络的电梯故障预测方法,其特征在于:所述的黏菌算法经过sine‑tent混沌映射优化,使得黏菌算法在更新位置时增加其全局搜索能力,黏菌算法增加sine‑tent混沌映射优化的公式如下:xn=xb+kn*(ω1x1‑x2) (3)

公式(2)中,kn为[0,1]中的sine‑tent映射;公式(3)是经过sine‑tent混沌优化之后的黏菌算法个体更新公式;加入混沌映射后的个体更新公式具有更好的全局搜索性能,可以有效的跳出局部最优;公式(3)中,kn为[0,1]中的sine‑tent映射,ω1为权值,x1、x2为两个随机个体。

4.根据权利要求1所述的一种基于改进的黏菌算法优化Elman神经网络的电梯故障预测方法,其特征在于:步骤2所述归一化处理的公式如下:公式(4)中,x为当前位置的值,x′为归一化之后的值,xmin为数据集中的最小值,xmax为数据集中的最大值,a、b为归一化之后的最大值和最小值,权利要求1中为[0,1]。

5.根据权利要求1所述的一种基于改进的黏菌算法优化Elman神经网络的电梯故障预测方法,其特征在于:步骤5所述的利用黏菌算法得出最优值,通过排序、权重更新、位置更新三个部分,黏菌算法可以得到一个最优个体,将最优个体输入到Elman模型优化该模型的权值或阈值;排序、权重更新、位置更新三个部分具体的操作方式为:(1)排序:即对种群的适应度优劣进行排序,为后续计算做准备;

(2)权重更新:更新权重时,不同的个体有不同的更新方式,其中适应度较优的一半种群采用公式(5),较差的一半采用公式(6);

在公式(5)和公式(6)中,xb和xw为该次迭代中适应度最优和最差值,适应度较优的一半种群经过权重更新公式后权重取值较大,适应度越好的个体权重越接近1,反之则权重越小;

(3)位置更新:根据公式更新位置,更新公式为:

p=tanh(|F(xb)‑F(xi)|) (9)

xn=rand*(xmax‑xmin)+xminrand1≤z (10)

xn=randB*xirand1>z,rand2>p (12)

公式(7)和公式(8)是参数更新公式,随着迭代次数最后趋于0,公式(9)是阈值公式,用于在位置更新时决定用公式(10)或者公式(11)。在公式(7)(8)(9)中,a、b为逐渐迭代到0的值,用于控制randA和randB的上下限,p为判断阈值,t为当前迭代数,T为最大迭代数。

公式(10)(11)(12)是具体的位置更新公式,公式(10)的作用是获取一个随机位置;公式(11)是在当前最优位置附近进行搜索;公式(12)则是让个体收敛到0;

在公式(10)(11)(12)中,xn为个体最新位置,rand1、rand2是[0,1]内的随机数,z为常量,一般取值为0.03;randA为[‑a,a]的均匀随机数,randB为[‑b,b]内的均匀随机数。

6.根据权利要求1所述的一种基于改进的黏菌算法优化Elman神经网络的电梯故障预测方法,其特征在于:步骤1中所述的电梯运行数据包括:电梯井温度、曳引机震动、曳引机温度、轿厢震动、电梯速度、电梯加速度、电梯门开关时间、电梯门震动等,以U(1)‑U(8)表示。

7.根据权利要求1所述的一种基于改进的黏菌算法优化Elman神经网络的电梯故障预测方法,其特征在于:步骤7所述的电梯故障可分为电梯轿厢运行故障和电梯门故障,以Y(1)、Y(2)表示。

8.根据权利要求1所述的一种基于改进的黏菌算法优化Elman神经网络的电梯故障预测方法,其特征在于:所述的Elman神经网络是一种局部反馈递归神经网络,属于非线性状态空间模型,Elman的拓扑结构可以分为四个层:输入层,隐藏层,承接层和输出层。

9.根据权利要求8所述的一种基于改进的黏菌算法优化Elman神经网络的电梯故障预测方法,其特征在于:所述承接层的作用是接收隐藏层的输出,并以反馈的形式将与前一次时间相对应的信息传递给隐藏层,以建立局部环形结构;由于连接层单元对所包含的特性具有延迟记忆效应,在对电梯进行故障预测过程中,Elman神经网络的输出值更符合数据的实际发展趋势。

10.根据权利要求1或8或9所述的一种基于改进的黏菌算法优化Elman神经网络的电梯故障预测方法,其特征在于:所述Elman神经网络的数学表达式为:c(t)=X(t‑1) (13)

X(t)=f(ω1*U(t)+ω2*c(t)) (14)

Y(t)=g(ω3*X(t)) (15)

在公式(13)(14)(15)中,C(t)为反馈状态向量;Y(t)为输出节点向量;X(t)为中间层节点单元向量;U(t)为输入向量;ω3为中间层到输出层连接权值;ω1为输入层到中间层连接权值;ω2为承接层到中间层连接权值;g()为输出神经元的传递函数,是中间层输出的线性组合;f()为中间层神经元的传递函数,常采用S函数。