[發(fā)明專利]一種基于自適應(yīng)回歸核函數(shù)的污水處理過(guò)程能耗預(yù)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510921369.0
• 申請(qǐng)日: 2015-12-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105549388A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓紅桂;張璐;盧微;喬俊飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.一種基于自適應(yīng)回歸核函數(shù)的污水處理過(guò)程能耗預(yù)測(cè)方法，其特征 在于，包括以下步驟：

(1)確定能耗EC模型的輸入與輸出變量：選取與能耗EC相關(guān)的內(nèi)部 變量為能耗EC模型的輸入：硝態(tài)氮濃度S_NO，溶解氧濃度S_O，氨氮濃度 S_NH，混合懸浮物固體濃度MLSS；能耗EC模型的輸出為能耗EC值；

(2)設(shè)計(jì)用于污水處理過(guò)程能耗EC的自適應(yīng)回歸核函數(shù)模型，將輸入 與輸出變量之間的關(guān)系通過(guò)自適應(yīng)回歸核函數(shù)表達(dá)，該自適應(yīng)回歸模型的 計(jì)算功能是：

y(t)＝W(t)·K(t)(1)

其中，y(t)表示t時(shí)刻自適應(yīng)回歸模型的輸出；W(t)＝[w₁(t),w₂(t),…, w_N(t)]表示t時(shí)刻核函數(shù)連接權(quán)值向量，w_n(t)表示t時(shí)刻第n個(gè)核函數(shù)連接 權(quán)值，n＝1，2，…，N；N代表核函數(shù)個(gè)數(shù)，K(t)＝[K₁(t),K₂(t),...,K_N(t)]^T表示核函數(shù)向量，T表示轉(zhuǎn)置，K_n(t)表示t時(shí)刻第n個(gè)核函數(shù)的值，其計(jì)算 功能是：

Kn(t)=e-||x(t)-cn(t)||2/2bn(t)2---(2)]]>

其中，x(t)＝[x₁(t)，x₂(t)，x₃(t)，x₄(t)]代表t時(shí)刻自適應(yīng)回歸核函數(shù)模型 的輸入，x₁(t)表示t時(shí)刻硝態(tài)氮濃度S_NO，x₂(t)表示t時(shí)刻溶解氧濃度S_O， x₃(t)表示t時(shí)刻氨氮濃度S_NH，x₄(t)表示t時(shí)刻混合懸浮物固體濃度MLSS； C(t)＝[c₁(t),c₂(t),...,c_N(t)]^T表示t時(shí)刻核函數(shù)中心矩陣，c_n(t)＝[c_n1(t)，c_n2(t)， c_n3(t)，c_n4(t)]表示t時(shí)刻第n個(gè)核函數(shù)的中心，n＝1，2，…，N；b(t)＝[b₁(t), b₂(t),...,b_N(t)]^T表示t時(shí)刻核函數(shù)的寬度向量，b_n(t)表示t時(shí)刻第n個(gè)核函 數(shù)的寬度值；

(3)訓(xùn)練自適應(yīng)回歸核函數(shù)模型，具體為：

①給定自適應(yīng)回歸核函數(shù)模型的核函數(shù)個(gè)數(shù)為N，自適應(yīng)回歸核函數(shù) 模型的輸入為x(1)，x(2)，…，x(t)，…，x(T)，對(duì)應(yīng)的期望輸出為y_d(1)，y_d(2)，…， y_d(t)，…，y_d(T)，T表示自適應(yīng)回歸核函數(shù)模型輸入的訓(xùn)練樣本數(shù)，期望誤 差值設(shè)為E_d，E_d∈(0,0.01)，初始中心值c_n(1)中每個(gè)變量的賦值區(qū)間為[-2,2]， 初始中心寬度b_n(1)的賦值區(qū)間為[0,1]，n＝1，2，…，N；初始連接權(quán)值向量 W(1)中每個(gè)變量的賦值區(qū)間為[-1,1]；

②設(shè)置學(xué)習(xí)步數(shù)s＝1；

③t＝s，計(jì)算自適應(yīng)回歸核函數(shù)模型的誤差平方和E(t)：

E(t)=12e2(t)---(3)]]>

其中，E(t)表示t時(shí)刻自適應(yīng)回歸核函數(shù)模型的誤差平方和，e(t)表示t 時(shí)刻自適應(yīng)回歸核函數(shù)模型輸出與期望輸出之間的誤差：

e(t)＝y(tǒng)(t)-y_d(t)(4)

其中，y(t)為t時(shí)刻自適應(yīng)回歸核函數(shù)模型的輸出；y_d(t)為t時(shí)刻自適應(yīng) 回歸核函數(shù)模型的期望輸出；

④調(diào)整自適應(yīng)回歸核函數(shù)模型的參數(shù)；

w_n(t+1)＝w_n(t)+Δw_n(t)(5)

c_n(t+1)＝c_n(t)+Δc_n(t)(6)

b_n(t+1)＝b_n(t)+Δb_n(t)(7)

其中，Δw_n(t)表示t時(shí)刻第n個(gè)核函數(shù)連接權(quán)值向量的調(diào)整量，Δc_n(t)表示 t時(shí)刻第n個(gè)核函數(shù)中心矩陣的調(diào)整量，Δb_n(t)表示t時(shí)刻第n個(gè)核函數(shù)寬度向 量的調(diào)整量，n＝1，2，…，N；其計(jì)算為：

其中，η₁∈(0,0.1)表示核函數(shù)連接權(quán)值的學(xué)習(xí)率，η₂∈(0,0.1)表示核函 數(shù)中心的學(xué)習(xí)率，η₃∈(0,0.1)表示核函數(shù)寬度的學(xué)習(xí)率，表示t時(shí)刻第 n個(gè)核函數(shù)連接權(quán)值的偏量，表示t時(shí)刻第n個(gè)核函數(shù)中心的偏量，表示t時(shí)刻第n個(gè)核函數(shù)寬度的偏量；其計(jì)算為

其中n＝1，2，…，N；

⑤學(xué)習(xí)步數(shù)s增加1，如果步數(shù)s<T，則轉(zhuǎn)向步驟③進(jìn)行繼續(xù)訓(xùn)練，如 果s＝T轉(zhuǎn)向步驟⑥；

⑥根據(jù)公式(3)計(jì)算自適應(yīng)回歸核函數(shù)模型的性能，如果E(t)≥E_d，則 轉(zhuǎn)向步驟②進(jìn)行繼續(xù)訓(xùn)練，如果E(t)<E_d，則停止調(diào)整；

(4)將測(cè)試樣本數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練后的自適應(yīng)回歸核函數(shù)模型的輸入，自 適應(yīng)回歸核函數(shù)模型的輸出即為污水處理過(guò)程能耗EC的預(yù)測(cè)值。