[發(fā)明專(zhuān)利]基于遷移學(xué)習(xí)的ELM-AE的聚酯纖維原絲生產(chǎn)性能預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010141610.9
• 申請(qǐng)日: 2020-03-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111415032B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝礦榮;張金喜;陳磊;蔡欣;唐雪嵩;王彤;任立紅
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06Q10/04
• 分類(lèi)號(hào): G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/04
• 代理公司: 上海統(tǒng)攝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31303
• 代理人: 杜亞

1.基于遷移學(xué)習(xí)的ELM-AE的聚酯纖維原絲生產(chǎn)性能預(yù)測(cè)方法，其特征是包括：(1)建立數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型；(2)訓(xùn)練遷移學(xué)習(xí)的ELM-AE模型的權(quán)重；(3)輸入聚酯纖維原絲生產(chǎn)工藝特征，獲知聚酯纖維性能指標(biāo)；

聚酯纖維原絲生產(chǎn)工藝特征數(shù)量為4種，分別是紡絲速度、紡絲溫度、吹風(fēng)速度和吹風(fēng)溫度；聚酯纖維性能指標(biāo)數(shù)量為4種，分別為倍半伸長(zhǎng)率、伸長(zhǎng)不均率、斷裂強(qiáng)度和伸長(zhǎng)能力；

所述遷移學(xué)習(xí)的ELM-AE模型為大于3層結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，包括一層輸入層、H層隱含層及一層輸出層；H的取值大于等于2；

所述建立數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型，是建立基于遷移學(xué)習(xí)的ELM-AE數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型，通過(guò)自編碼加深ELM模型結(jié)構(gòu)用于進(jìn)一步提取數(shù)據(jù)特征，同時(shí)將源域輸入數(shù)據(jù)集和目標(biāo)域輸入數(shù)據(jù)集進(jìn)行遷移學(xué)習(xí)，且在自編碼模型的編碼過(guò)程中將遷移學(xué)習(xí)通過(guò)最大均值差異方法計(jì)算的損失值添加到自編碼的損失函數(shù)上，此數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型即為所述遷移學(xué)習(xí)的ELM-AE模型，簡(jiǎn)稱TL-ELM-AE模型，其遷移學(xué)習(xí)的ELM-AE模型目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式如下：

其中，等式右邊的前兩項(xiàng)表示的是基于遷移學(xué)習(xí)的ELM-AE模型的輸出權(quán)重最小，等式右邊的第三項(xiàng)表示深度提取數(shù)據(jù)特征信息，等式右邊的第四項(xiàng)表示遷移學(xué)習(xí)的過(guò)程；

E_TL-ELM-AE表示遷移學(xué)習(xí)的ELM-AE模型的損失函數(shù)，X表示遷移學(xué)習(xí)的ELM-AE模型的輸入數(shù)據(jù)，X＝{x^S,x^T}，x^S表示源域輸入數(shù)據(jù)集，x^T表示目標(biāo)域輸入數(shù)據(jù)集，ω表示ELM模型的輸入權(quán)重，b表示ELM模型的隱含層偏置，表示ELM隱含層的激活函數(shù)，表示ELM隱含層的輸出，β表示ELM模型的輸出權(quán)重，Y表示遷移學(xué)習(xí)的ELM-AE模型的輸出；h_X表示AE模型的輸入數(shù)據(jù)，f(·)表示AE模型隱含層的激活函數(shù)，f(h_X)表示AE模型隱含層的輸出，g(·)表示AE模型輸出層的激活函數(shù)，g(f(h_X))表示AE模型輸出層的輸出；MMD²(·)表示最大均值差異，用來(lái)計(jì)算源域輸入數(shù)據(jù)與目標(biāo)域輸入數(shù)據(jù)的差異；

通過(guò)求解遷移學(xué)習(xí)的ELM-AE模型的損失函數(shù)最小化，更新遷移學(xué)習(xí)的ELM-AE模型的權(quán)重，建立遷移學(xué)習(xí)的ELM-AE模型；

并且，

a)源域輸入數(shù)據(jù)集和目標(biāo)域輸入數(shù)據(jù)集分別采集自兩種聚酯纖維原絲生產(chǎn)的紡絲工藝特征；所述目標(biāo)域輸入數(shù)據(jù)集的紡絲工藝特征包含于所述源域輸入數(shù)據(jù)集的紡絲工藝特征，且所述源域輸入數(shù)據(jù)集的每個(gè)紡絲工藝特征的樣本數(shù)量遠(yuǎn)大于所述目標(biāo)域輸入數(shù)據(jù)集的每個(gè)紡絲工藝特征的樣本數(shù)量；

b)源域輸出數(shù)據(jù)集和目標(biāo)域輸出數(shù)據(jù)集分別采集自兩種聚酯纖維原絲生產(chǎn)的紡絲性能指標(biāo)；所述目標(biāo)域輸出數(shù)據(jù)集的紡絲性能指標(biāo)包含于所述源域輸出數(shù)據(jù)集的紡絲性能指標(biāo)，且所述源域輸出數(shù)據(jù)集的每個(gè)紡絲性能指標(biāo)的樣本數(shù)量遠(yuǎn)大于所述目標(biāo)域輸出數(shù)據(jù)集的每個(gè)紡絲性能指標(biāo)的樣本數(shù)量；

所述在自編碼模型的編碼過(guò)程中將遷移學(xué)習(xí)通過(guò)最大均值差異方法計(jì)算的損失值添加到自編碼模型的損失函數(shù)上，此過(guò)程是建立遷移學(xué)習(xí)的ELM-AE模型的核心內(nèi)容，目標(biāo)是計(jì)算遷移自編碼的損失函數(shù)最小值：

其中，E_TL-AE表示遷移自編碼的損失函數(shù)，h_X表示AE模型的輸入數(shù)據(jù)，f(·)表示AE模型隱含層的激活函數(shù)，f(h_X)表示AE模型隱含層的輸出，g(·)表示AE模型輸出層的激活函數(shù)，g(f(h_X))表示AE模型輸出層的輸出；x^S表示源域的輸入數(shù)據(jù)，x^T表示目標(biāo)域的輸入數(shù)據(jù)，MMD²(·)是最大均值差異，用來(lái)計(jì)算源域輸入數(shù)據(jù)和目標(biāo)域輸入數(shù)據(jù)的差異，其計(jì)算公式如下：

其中，表示源域輸入數(shù)據(jù)樣本的特征映射，r表示源域輸入數(shù)據(jù)的第r個(gè)樣本點(diǎn)，p表示源域輸入數(shù)據(jù)的樣本數(shù)量；表示目標(biāo)域輸入樣本的特征映射，o表示目標(biāo)域輸入數(shù)據(jù)的第o個(gè)樣本點(diǎn)，q表示目標(biāo)域輸入數(shù)據(jù)的樣本數(shù)量；

訓(xùn)練的權(quán)重及偏置項(xiàng)的更新公式為：

其中，表示是遷移自編碼更新的權(quán)重值，表示遷移自編碼舊的權(quán)重值，表示遷移自編碼更新的偏置值，表示遷移自編碼舊的偏置值，α_TL-AE為遷移自編碼的學(xué)習(xí)率，E_TL-AE表示遷移自編碼的損失函數(shù)，及分別表示的是遷移自編碼的損失函數(shù)對(duì)權(quán)重及偏置的偏導(dǎo)數(shù)。