正交实验结合AHP和GA-BP神经网络优化益黄散醇提工艺

目的 优化益黄散的醇提工艺。方法 采用回流提取法,以乙醇体积分数、液料比、提取时间为考察因素设计正交实验,以橙皮苷、川陈皮素、橘皮素、没食子酸、诃黎勒酸、诃子酸、甘草苷、甘草酸、丁香酚含量和干浸膏得率为指标,采用层次分析法(AHP)进行赋权并计算综合评分。通过验证正交实验和遗传算法(GA)-反向传播神经网络(BP神经网络)所预测的结果确定益黄散最佳醇提工艺参数。结果 正交实验优选的最佳醇提工艺参数为乙醇体积分数60%、液料比14∶1(mL/g)、提取时间90 min、提取2次,验证所得综合评分为79.19分;GA-BP神经网络优选的最佳醇提工艺参数为乙醇体积分数65%、液料比14∶1(mL/g)、提取时间60 min、提取2次,验证所得综合评分为85.30分,高于正交实验所得结果。结论 采用正交实验结合GA-BP神经网络的寻优方法较传统的正交实验寻优方法效果更佳,其优选出的益黄散最佳醇提工艺稳定可靠。

基于CSSA-BPNN模型的胶结充填体动态抗压强度预测

充填采矿法二步骤回采时胶结充填体稳定性受爆破扰动而降低。为快速准确地获得充填体动态抗压强度,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)进行了40组不同应变率的单轴冲击实验,以灰砂比、充填体密度、养护龄期和平均应变率作为输入参数,充填体动态抗压强度作为输出参数,建立了一种基于Logistic混沌麻雀搜索算法(CSSA)优化BP神经网络(BPNN)的预测模型,并与传统BPNN和麻雀搜索算法优化的BPNN进行了对比分析。结果表明:CSSA-BPNN模型的平均相对误差为4.11%,预测值与实测值之间拟合的相关系数均在0.96以上,模型预测精度高。CSSA-BPNN模型的均方根误差为0.395 0 MPa,平均绝对误差为0.359 2 MPa,决定系数为0.995 2,均优于另外两种预测模型。实现了对充填体动态抗压强度的准确预测,可大幅减小物理实验量,为矿山胶结充填体的强度设计提供了一种新方法。

紫外光谱结合BP神经网络算法建立食用油掺伪煎炸油的快速鉴定模型

为建立一种快速食用油掺伪煎炸油检测方法,采用紫外光谱法鉴别其掺伪,本研究选取大豆油、玉米油和葵花籽油为代表分别煎炸,在纯油中掺入相应煎炸时间0~6 h及掺假梯度0%~90%的煎炸油制备掺伪油样,进行紫外光谱及二阶导数预处理,经处理后的光谱特征峰与BP(Backpropagation)神经网络算法结合建立食用油掺伪煎炸油模型,对掺入煎炸油类别、煎炸时间和煎炸油含量进行鉴别分析。结果表明二阶导数预处理后掺伪煎炸油的光谱特征峰中大豆油为446、462 nm、玉米油为268、274 nm、葵花籽油为280、288 nm,根据其特征峰位与峰值建立Levenberg–Marquardt算法(LMA)、动量梯度下降法(MGD)及弹性梯度下降法(EGD)掺伪模型识别率分别为98.15%、91.67%、95.52%。

基于FA-BP神经网络的生姜干燥含水率预测

为探索生姜的干燥特性,并实现生姜干燥的含水率预测,研究了不同干燥温度(50、55、60℃)、干燥风速(1.0、2.0、3.0m/s)、切片长度(30、35、40mm)对生姜干燥时间和干燥速率的影响。结合BP神经网络自适应能力、泛化能力、学习能力强和萤火虫算法(FA)参数少、寻优能力强、收敛速度快等特点,将干燥温度、干燥风速、切片长度和干燥时间作为输入层,隐藏层个数为10,输出层为生姜的含水率,搭建一个拓扑结构为“4-10-1”的FA-BP神经网络模型。研究结果表明:干燥温度、干燥风速、切片长度都是影响生姜含水率的关键因素,增加干燥风速、提高干燥温度和减少切片长度能有效缩短生姜的干燥时间,提高干燥效率。选用萤火虫算法优化BP神经网络的权值和阈值,减少了神经网络的训练时间,提高了精准度,其含水率预测值与试验值之间的决定系数R2=0.999 02,均方根误差RMSE为0.002 99,含水率预测结果准确且迅速,能够为生姜干燥过程中的含水率在线预测提供科学依据。

基于DBO-BP的工业机器人定位误差补偿方法

为提高工业机器人绝对定位精度,提出一种基于DBO-BP与离线前馈校正相结合的方法。该方法适用于工业机器人定位误差补偿研究。通过使用拉丁超立方抽样法获取工业机器人的位姿样本,并利用BP神经网络建立误差预测模型,应用DBO优化算法改善了局部最优现象,从而提高了模型的收敛性和鲁棒性。经过离线前馈补偿处理后,降低了工业机器人定位误差,大幅提高了机器人绝对定位精度。这种方法能够有效提高机器人的精度和稳定性,并为工业机器人的精准定位问题提供了可行的解决方案。

基于多特征参数的GA-WOA-BP火灾概率预测模型研究

为进一步提升火灾概率预测的准确率,针对BP神经网络在拟合过程中探测精度低、泛化能力差的问题,提出一种基于多特征参数的GA-WOA-BP火灾概率预测模型。首先通过试验采集了榉木、棉绳阴燃、明燃时的火灾特征参量,计算后得到了相应的火灾类型发生概率;其次通过遗传算法优化BP神经网络的隐藏层结构,鲸鱼优化算法优化BP神经网络的初始权重,构建了GA-WOA-BP模型,提高融合算法的拟合能力。最后,以多特征火灾参数作为模型输入,以不同类型火灾发生概率作为输出完成火灾概率的预测。结果表明,相比单纯BP神经网络,基于多特征参数的GA-WOA-BP火灾概率预测模型具有更好的预测性能,其评价指标RMSE、MAE、R2分别为0.020 22、0.014 33和0.992 31,能为火灾概率预测提供数据参考。

采用改进BP-PID控制的机器人避障仿真研究

针对移动机器人避障过程中行驶路径长、寻路速度慢等问题,提出了一种改进反向传播-比例-积分-微分(BP-PID)控制器,并对移动机器人避障效果进行仿真验证。利用移动机器人在二维坐标系的避障简图,得出了移动机器人运动方程式。引用比例-积分-微分(PID)控制器和3层BP神经网络结构,利用BP神经网络的学习能力调整PID控制器参数。引用粒子群算法进行改进,通过改进粒子群算法在线优化BP-PID控制器,确保移动机器人BP-PID控制器收敛于全局最优值,从而使移动机器人避障效果更好。在不同环境中,采用Matlab软件对移动机器人避障效果进行仿真,比较改进前和改进后的移动机器人避障效果。结果显示:在不同环境中,改进前和改进后的BP-PID控制器均能使移动机器人安全地躲避障碍物;但是采用改进的粒子群算法优化BP-PID控制器,可以使移动机器人运动路径更短,迭代次数更少,搜索时间更短。采用改进BP-PID控制器,能够提高移动机器人避障过程中寻路速度,缩短行驶路径,效果更好。

小波包与遗传算法优化BP神经网络相结合的井架钢结构损伤识别

井架钢结构损伤影响其承载安全性,为快速、准确对损伤位置进行识别,提出小波包与遗传算法优化BP神经网络相结合的井架钢结构损伤识别方法。首先利用小波包处理非平稳振动信号的优良性能对原始振动信号进行特征提取,获得表征井架钢结构损伤的信息;再通过特征参数建立数据集训练并测试井架钢结构损伤识别模型,该模型结合遗传算法自身特点改善了传统BP神经网络的不足。本文识别方法不需要损伤前的数据特征进行对比,便可对损伤位置进行确定。经过对石油井架钢结构模型实验验证:该方法对井架钢结构损伤识别准确率超过90%,相对于BP网络识别准确率以及识别速度均有所提高。

用于碳酸盐岩储层裂缝检测的GWO-CS-BP算法及应用研究

碳酸盐岩储层中的裂隙是油气的运移通道和储集空间,对于油气勘探、开发和评价都具有重要的指导意义。针对研究区碳酸盐岩储层裂缝检测的难题,提出灰狼布谷鸟优化BP算法(GWO-CS-BP),该算法是将GWO-CS(grey wolf-cuckoo search algorithm)与BP(back propagation)相结合形成的裂隙检测方法。将含裂缝信息的相干、曲率、倾角、方位角和构型张量等属性作为GWO-CS-BP神经网络的输入数据,在工区地质资料约束下根据测井数据获得裂缝发育水平评价指标,进而对研究区裂缝发育水平进行评价并划分等级。研究区碳酸盐岩储层裂缝发育水平检测结果表明,GWO-CS-BP算法能够综合各属性特点对研究区的裂缝发育水平特征进行二次误差控制,获得裂缝发育水平评价指标f s并将研究区裂缝发育水平划分为3个等级及4个裂缝存在区域。其中,当研究区裂缝发育水平参数的值适中时,即f s的值大于4.0且小于5.8时,C区域最有利于油气的聚集,高产井的分布数量较多。利用GWO-CS-BP算法对研究区的裂缝发育水平进行了精细评价,并得出裂隙发育水平参数f s,实现了GWO-CS算法改进的BP神经网络在裂缝检测中的有效应用。

基于IPSO-BP的船舶航迹预测研究

目的面对复杂的海上交通及密集的物流交通流,及时有效地对船舶航迹进行跟踪预测显得尤为重要,针对传统船舶航迹预测方法精确度低且效率低下的问题,提出一种改进方法。方法在船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)数据的基础上,建立改进粒子群算法(IPSO)与BP神经网络相结合的船舶轨迹预测模型,利用船舶历史航行轨迹数据,实现对未来船舶运动的预测。选取宁波舟山港的船舶历史轨迹数据进行实验,并将IPSO-BP模型的实验结果与其他模型进行比较。结果不同模型航迹预测对比结果表明,IPSO-BP模型的性能较好,其预测精度较高,适用于船舶轨迹预测。结论使用IPSO-BP模型能够更加精准地预测船舶航迹,在船舶危险预警、船舶异常监测等方面具有重要的指导作用。

基于BP神经网络算法的异步电机故障诊断系统研究

为了确保电机安全可靠地运行,研究了BP神经网络算法对异步电动机进行故障诊断。通过MATLAB平台,分别使用附加动量因子和自适应学习率两种梯度下降法进行网络训练,搭建故障诊断BP网络模型。以MSE值为指标优化最佳隐含层节点数、动量因子与学习率,并通过遗传算法来优化BP网络的初始权值,对故障测试样本进行仿真测试。结果表明,GA-BP网络模型比MF-BP和AG-BP的MSE值更低,仅为0.009163,优化后的诊断预测结果与目标值几乎没有差别。基于遗传算法改进的故障诊断系统模型能够满足异步电动机故障诊断的应用需求。

基于改进海鸥优化算法的BP神经网络及其应用

针对传统反向传播(BP)神经网络在预测时随机产生的初始权值、阈值影响准确性的问题,提出一种改进的海鸥优化算法(ISOA)对BP神经网络的初始阈值、权值进行寻优。首先,为提高海鸥优化算法(SOA)的收敛精度和跳出局部最优的能力,使用Sine混沌映射初始化种群,引入非线性参数A,在海鸥攻击时引入乘除策略进行扰动,同时在攻击阶段后引入反向学习策略。然后,使用ISOA优化BP神经网络初始权值、阈值,解决对初值敏感和易陷入局部最优的问题。最后,在冻结裂隙砂岩动态冲击试验中进行峰值应力预测,结果表明:对比原始BP、粒子群优化(PSO)-BP和SOA-BP,ISOA优化后的BP神经网络对峰值应力预测精度更高。

BP神经网络算法在求解数学建模最优化问题中的应用

为了解决目标函数较为复杂、无法用初等函数表示的最优化问题,文章采用了结合BP神经网络与遗传算法的方法进行求解。求解过程分为两个模块:第一,利用BP神经网络算法确定目标函数的解析式;第二,利用遗传算法寻找目标函数的最优解。为验证该方法的可行性,文章对单变量和多变量两种情况进行了验证。

基于SSA-BP神经网络优化姜粉辛料制备工艺

为优化姜粉的热风干燥制备工艺,研究不同干燥温度、切片厚度、干燥时间对制得姜粉感官风味的影响。以感官评分为响应值,先进行Box-Behnken响应面法设计再通过SSA-BP神经网络算法对响应面法进行验证。SSA-BP算法优化后所得的最优参数为:干燥温度62.978℃,切片厚度2.734 mm,干燥时间5.773 h。SSA-BP神经网络预测的感官评分的均方根误差RMSE为0.033457,小于BP神经网络的均方根误差0.054574;决定系数R2为0.99094,大于BP神经网络的决定系数R2=0.97064,证明优化模型的预测性能较BP神经网络更高。响应面法寻得的最优姜粉制备条件下样品的感官值为37.705分,而SSA-BP神经网络模型的预测分值为37.280分,二者误差仅1.1%,模型拟合度较高,SSA-BP神经网络模型可以优化姜粉辛料制备工艺。本研究可为姜粉制备提供科学参考。

基于K-means聚类和BP神经网络的电梯能耗实时监测方法

针对现有方法在对电梯能耗进行监测时,存在监测精度低、用时长、监测结果不理想的问题,该文提出一种基于K-means聚类算法和BP神经网络相结合的电梯能耗实时监测方法 .在经过清洗的能耗数据中提取影响建筑能耗实时监测的主要因素特征值,利用相似系数法进行相似度计算,获取相似系数.对相似电梯能耗数据进行小波分解获取高低频序列,分别采用LSSVM-GSA检测方法和均方加权处理方法对低频和高频部分进行处理,将两个结果进行重构,得到最终的实时监测结果 .仿真实验结果表明:所提方法能够获取高精度、低耗时、高稳定性的监测结果 .

基于改进PSO-BP神经网络的热采管柱应力预测

稠油热采过程中,油套管柱由于在温度、地层等多重载荷作用下发生塑性形变进而导致断裂或失效。文中根据热采管柱高温服役工况,引入异步变化学习因子和自适应权重建立输入参数为注汽温度、井深、非均匀系数和水泥环温度,输出参数为套管应力的改进PSO-BP模型。文中以N80热采套管为例,选取260、280、300、320、340℃5种温度工况下有限元模拟结果作为训练数据,对比BP模型、GA-BP模型、MEA-BP模型、PSO-BP模型和改进PSO-BP模型在300℃工况温度下井深200、300、400、500、600、700 m处套管应力的预测值和试验值、有限元计算值。结果表明:改进PSO-BP模型预测的应力与试验值最接近,最大和最小误差分别为2.69%和0.06%。最后从训练数据、预测误差、计算时间等方面对建立的改进PSO-BP模型进行了评价,为热采管柱服役过程中的强度安全分析提供智能高效的模型。

基于改进的SSA-BP神经网络的矿井突水水源识别模型研究

机器学习与寻优算法的结合在矿井突水水源识别上得到广泛应用,但突水水样数据具有随机性且寻优算法易陷入局部最优,提高模型泛化能力和跳出局部最优需进一步研究。针对上述问题,提出了一种改进的麻雀搜索算法(SSA)优化BP神经网络模型,用于对矿井突水水源进行定量辨识。以鲁能煤电股份有限公司阳城煤矿为研究对象,通过常规离子浓度分析、Piper三线图对该煤矿水样的水化学特征进行分析,初步判断矿井水来源于奥灰含水层和三灰含水层,并确定Na^(+)+K^(+)浓度、Ca^(2+)浓度、Mg^(2+)浓度、HCO_(3)^(-)浓度、SO_(4)^(2-)浓度、Cl^(-)浓度、矿化度、总硬度、pH值作为突水水源识别指标;建立基于改进SSA-BP神经网络的矿井突水水源识别模型:首先进行SSA参数设置,引入Sine混沌映射使麻雀种群均匀分布,然后通过计算适应度值进行麻雀种群的更新,引入随机游走策略扰动当前最优个体,如果满足终止条件,则获得最优BP神经网络权重和阈值,最后基于构建的BP神经网络,输出识别结果。研究结果表明:①改进的SSA-BP模型在训练集上的识别准确率达95.6%,在测试集上的识别准确率达100%。②改进的SSA-BP神经网络模型与BP神经网络模型、SSA-BP神经网络模型对比结果:BP神经网络模型误判率为5/18,SSA-BP神经网络模型的误判率为2/18,改进的SSA-BP神经网络模型误判率为0,迭代10次后趋于稳定,且与设定的目标误差相差最小,初始适应度值最优,识别结果可信度高。③将阳城煤矿5组矿井水水样数据作为输入层数据输入到训练好的模型中,矿井水水样的主要来源为奥灰含水层、三灰含水层和山西组含水层,模型识别结果与水化学特征分析的结论相互印证,实现了精准区分。

基于优化WOA-BP策略的土体冻胀率因素敏感性定量分析

土体冻胀是寒区工程建设面临的重要挑战之一,对其进行准确预测和敏感性分析,对于保障工程安全与稳定、预防结构变形与破坏至关重要。针对东北某矿区三种土样,在不同冷端温度、含水率和干密度条件下,实施了单向冻结且不补水的冻胀实验。基于实验数据,分析了影响冻胀率的关键因素,构建了以干密度、含水率、冷端温度、比重及结冰温度为输入变量的WOA-BP预测模型,引入Chebyshev混沌映射与自适应权重调整策略,优化得到Chebyshev混沌映射自适应权重的WOA-BP神经网络。经验证,该模型预测误差小,可以较好地预测土体的冻胀率。结合Garson算法、扰动法及蒙特卡洛模拟等三种方法,对土体冻胀率的影响因素进行了敏感性分析,所得结果一致。该矿区土样的冻胀率对干密度、比重、含水率、冷端温度、结冰温度变化的敏感程度依次降低。

基于粒子群优化BP神经网络的中空夹层钢管混凝土柱轴压承载力研究

圆中空夹层钢管混凝土(concrete filled double-skin steel tube,CFDST)柱因其独特的结构形式与优异的力学性能,已成为现代工程结构中的主要受力构件。然而外钢管、内钢管与核心混凝土之间的相互约束作用导致其受力比较复杂。为此,采用PSO-BP混合神经网络算法对圆CFDST柱的轴压承载力进行了研究。收集了167组数据建立数据库,并选取8种影响因素作为输入层参数,轴压承载力作为输出层参数,分析了传统BP神经网络模型所存在的缺陷,建立了PSO-BP神经网络模型。此外,将机器学习模型与3种规范的结果进行比较,结果表明机器学习模型的精度比3种规范的精度更高。相较于BP神经网络模型,PSO-BP神经网络模型具有更好的预测能力,更有助于预测CFDST柱的轴压承载力,对工程上研究CFDST柱的力学性能有着重要意义。

基于FOA-BP-AdaBoost的大坝变形预测模型及应用

为提升大坝变形监测预测精度,解决变形量受多因素影响等问题,笔者提出了基于果蝇优化算法(FOA)、BP神经网络的AdaBoost强预测组合模型(FOA-BP-AdaBoost),并与BP神经网络模型、FOA-BP神经网络模型应用于工程实例中的预测精度进行多方位量化对比。结果表明:强预测模型集齐了果蝇算法全局优化、BP神经网络局部寻优和AdaBoost“优中选优”的特点,最大程度优化了预测效果;实例应用证实了FOA-BP-AdaBoost模型在大坝变形预测领域的准确性和有效性。该模型已成功应用于工程实例,可为类似工程提供参考。