基于T-S模型的锌钡白干燥煅烧过程自适应神经模糊推理系统建模

  • 2015-10-22 08:32:00
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转窑干燥锻烧是锌钡白生产中的关键工艺过程,它依靠改变锌钡白干燥锻烧条件来控制产品消色力指标。目前,国内外还未能建立一个有效的模型来描述此类过程。在非模型条件下,传统的控制方法撇开消色力指标,由工人经验,直接根据锻烧温度T调节锻烧转窑的转速n即温度高了,调快转速,温度低了,调慢转速。但这种控制是一种开环控制,依据工人经验操作,常常造成产品过烧或欠烧,达不到理想的控制效果。
针对锌钡白干燥锻烧过程的建模问题,本文提出了一种基于T-S(Takqgi-Sugeno)模型的自适应神经模糊推理系统(ANFIS)建模方法,其主要特征是其模型结论部分由线性函数组成,即将一个非线性模型划分为多个线性模型的模糊逼近,这使结论参数的辨识简单、快速、有效。基于T-S模型的ANFIS网络通过对模糊辨识系统的结构辨识和参数辨识,能自主地初始化模糊规则,并自适应调整前提隶属度参数和结论参数。通过对输入空间的模糊聚类f5*6,有效地防止了误差反传算法陷入局部极小点的可能性,并对解决T-S模型随辨识系统复杂度的大,其规则数目容易变大的问题提供了有利的帮助。
T-S模型将输入变量空间划分为m个模糊子空间,相邻模糊子空间互相有重叠(取决于隶属函数的选取),对于每一个模糊子空间,系统的局部模型可用一个线性方程来描述,而系统的总输出则为各局部线性模型输出的加权和每一分量X的模糊语言变量集合为r(Xi)1,2…,n.相应隶属函数用(k=其中,对MIMO系统,模型输出由各个单输出y合成得到。
由式(1),前提部分模糊集Aki的隶属函数表示为:模型总输出:系统前提部分各输入分量Xi属于模糊集合Ak的隶属函数“采用Gauss函数:T-S模型是一种本质非线性模型,易于表达复杂系统的动态特性。由于其结论部分各输出分量由线性方程构成,因此便于辨识结论参数。
2.2模糊聚类T-S模型对输入空间的划分是线性的,对于较复杂的非线性空间,要获得较好的辨识效果,会使规则数目成倍加下,聚类中心与各数据点间距离Dk采用:其中,X(an/开始时(k=0),将每个数据点作为可能的聚类中心,取max(D0)作为聚类划分的值I.每次聚类后相应的S为:目标函数:Jk进行聚类计算,直到所有剩余数据的Jk小于规定的阈值,则结束聚类计算此时得到的m个X(cn/er)即为数据聚类中心。
此种聚类方法对输入数据的处理非常迅速、有效,而且依据实际需要,通过调节ra/i0值大小可控制数据聚类的规模。
2.3学习算法基于T-S模型的ANF1S网络在结构上属于多层前馈网,在学习算法上同CMAC网络一样,同属于局部逼近网络,本系统主要通过数据的模糊聚类,减小其陷入局部极小点的可能性来弥补,P*78.模糊化层根据式(5)计算各输入分量的隶属度函数;节点规划层根据式(3)计算前提部分每条规则的隶属度函数;归一化激励层按照式(4)计算,使输出节点y/((=1,2…,r)为每条规则输出的加权平均,如式(9)、(10)所示。
网络参数的辨识分为前提参数的辨识和结论参数的辨识两部分。
结论部分由于网络输出与各参数为线性关系,如式(2),采用线性小二乘方法可快速、有效地辨识结论参数,而前提参数的辨识可采用基于梯度下降的误差反传算法。
即结论输出是结论参数集X的线性函数,可使用小二乘法得到均方误差小(minAX?f)意义下的参数佳估计X\"州:华南理工大学,2002.童树鸿,沈毅,刘志言。基于聚类分析的模糊分类系统构造方法。南开大学学报(自然科学版)1999,孙增圻,徐红兵。基于T-S模型的模糊神经网络。清华大学孙增圻。模糊神经网络及其在系统建模与控制中的应用岳玉芳,毛剑琴。一种基于T-S模型的快速自适应建模方法邓志东,孙增圻,张再兴。一种模糊CMAC神经网络。IEEE欧阳楷,陈卉,周萍,等。神经计算中坐标变换的网络模型(CMAC)的泛化特性。华南理工大学学报(自然科学版)2⑴2朱燕飞(1976?)女,博士研究生。研究领域为工业过程控制,智能控制技术。
蔡永昶(1979-),男,硕士研究生。研究领域为计算机控制技术,智能控制技术。
毛宗源(1936?)男,教授,博士生导师。研究领域为工业自动化及建模,现代控制理论及应用,智能控制技术。
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