化工過程分析與合成學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1化工過程分析與合成化工過程分析與合成第一頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13概概 述述 尋找最佳操作方案回目錄頁下一頁 適應(yīng)適應(yīng) 操作環(huán)境的變化操作環(huán)境的變化 獲得顯著經(jīng)濟(jì)效益 適應(yīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的變化適應(yīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的變化第1頁/共34頁第二頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13離離 線線 調(diào)調(diào) 優(yōu)優(yōu)回目錄頁下一頁模型與裝置分離模型與裝置分離計(jì)算數(shù)據(jù)取報(bào)表記錄計(jì)算數(shù)據(jù)取報(bào)表記錄調(diào)優(yōu)結(jié)果指導(dǎo)生產(chǎn)調(diào)優(yōu)結(jié)果指導(dǎo)生產(chǎn)在線開環(huán)調(diào)優(yōu)在線開環(huán)調(diào)優(yōu)模型與裝置相連模型與裝置相連計(jì)算數(shù)據(jù)為實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)為實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù) 調(diào)優(yōu)結(jié)果指導(dǎo)生產(chǎn)調(diào)優(yōu)結(jié)果指導(dǎo)生產(chǎn)在線閉環(huán)調(diào)優(yōu)在線

2、閉環(huán)調(diào)優(yōu)模型與裝置相連模型與裝置相連計(jì)算數(shù)據(jù)為實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)為實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)優(yōu)結(jié)果直接返回控制系統(tǒng)調(diào)優(yōu)結(jié)果直接返回控制系統(tǒng)概概 述述第2頁/共34頁第三頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13 模型模型 描述方法描述方法 特點(diǎn)特點(diǎn)機(jī)理模型機(jī)理模型過程的物理、化過程的物理、化學(xué)本質(zhì)和機(jī)理學(xué)本質(zhì)和機(jī)理 結(jié)果精確結(jié)果精確 機(jī)理不清或復(fù)雜時(shí)建機(jī)理不清或復(fù)雜時(shí)建模難模難統(tǒng)計(jì)模型統(tǒng)計(jì)模型輸入輸出關(guān)系輸入輸出關(guān)系模型關(guān)系式簡單模型關(guān)系式簡單外延性差外延性差智能模型智能模型輸入輸出關(guān)系輸入輸出關(guān)系尋優(yōu)快，自學(xué)習(xí)、自尋優(yōu)快，自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力強(qiáng)適應(yīng)能力強(qiáng)適于多目標(biāo)函數(shù)適于多目標(biāo)函數(shù)回目錄頁概

3、概 述述第3頁/共34頁第四頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13智能模型法智能模型法回目錄頁人人 工工 神神 經(jīng)經(jīng) 網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)絡(luò) 概概 述述BP 網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)絡(luò) 建建 模模 依依 據(jù)據(jù)BP算法及算法及BP網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用過過 程程 系系 統(tǒng)統(tǒng) 優(yōu)優(yōu) 化化 模模 型型建建 模模 實(shí)實(shí) 例例乙苯脫氫反應(yīng)器操作工況的模擬與調(diào)優(yōu)乙苯脫氫反應(yīng)器操作工況的模擬與調(diào)優(yōu)第4頁/共34頁第五頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13神神經(jīng)經(jīng)元元x1x2xnyjx1x2x3123123121234y1y2神神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)回目錄頁下一頁智能模型法智能模型法第5頁/共34頁第六頁，編輯于星

4、期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13神神經(jīng)經(jīng)元元數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型下一頁x1x2xnyj iijixwj ijijijxwfy)( BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)w1jw2jw3j回目錄頁第6頁/共34頁第七頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13下一頁區(qū)間線性型區(qū)間線性型x1yx階躍型階躍型 0101xxy1-1y 111000 xxxxy1yxxey 11x1-1yxxxxeeeey Sigmoid型型回目錄頁第7頁/共34頁第八頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13神神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型下一頁x1x2x3123123121234y1y2層數(shù)層數(shù)1234輸

5、出輸出Oj1Oj2Oj3Oj4=yj第第1層層回目錄頁Wji2,1Wji3,2Wji4,3第8頁/共34頁第九頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。神神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型下一頁x1x2x3123123層數(shù)層數(shù)1O1O2O3)(3211321 xxxfOOO第第1個(gè)個(gè))(111xfO 第第2個(gè)個(gè))(212xfO 第第3個(gè)個(gè))(313xfO O1O2O3Oj2Oj12回目錄頁第9頁/共34頁第十頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13神神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型下一頁x1x2x3123123層數(shù)層數(shù)12O1O2O3第第1個(gè)個(gè))(2113131212111211 owowow

6、fO第第2個(gè)個(gè))(2213231222121221 owowowfO第第3個(gè)個(gè))(2313331232131213 owowowfOO1O2O3Oj1Oj2回目錄頁第10頁/共34頁第十一頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13神神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型下一頁x1x2x3123123層數(shù)層數(shù)12O1O2O3)w(232113211 , 23332312322211312112321 OOOwwwwwwwwfOOOO1O2O3Oj1Oj2回目錄頁第11頁/共34頁第十二頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13神神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型下一頁x1x2x312

7、3123121234y1y2層數(shù)層數(shù)1234輸出輸出Oj1Oj2Oj3Oj4=yj)w(3432123212,343424133323123222113121134321 OOOwwwwwwwwwwwfOOOO回目錄頁第12頁/共34頁第十三頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13神神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型下一頁x1x2x3123123121234y1y2層數(shù)層數(shù)1234輸出輸出Oj1Oj2Oj3Oj4=yj)w(421342213 . 4242322211413121142121 OOOOwwwwwwwfOOyy回目錄頁第13頁/共34頁第十四頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十

8、八分。2021-12-13下一頁第第4層層)w(4213.42423222114131211421 wwwwwwwfOO第第3層層)w(343212,3434241333231232221131211 wwwwwwwwwwwf)w(23211,2333231232221131211 wwwwwwwwf)(f 第第2層層第第1層層1321 OOO 321xxx421 yy34221 OOOO34221 OOOO2321 OOO2321 OOO1321 OOO)( WXfY回目錄頁第14頁/共34頁第十五頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13黑黑箱箱模模型型x1y),(1nxxfy

9、 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)xnnnxbxbby 110統(tǒng)計(jì)模型統(tǒng)計(jì)模型多元線性回歸多元線性回歸ANN模型模型)( WXfY回目錄頁第15頁/共34頁第十六頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13下一頁BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算算法法原原理理)( WXfY1. 1. 選取樣本數(shù)據(jù)選取樣本數(shù)據(jù)3. 3. 用梯度法迭代計(jì)算用梯度法迭代計(jì)算w2. 2. 設(shè)置設(shè)置 w 的初值的初值0w一組一組 x y 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)wnwnw )()1()( WXfY 回目錄頁第16頁/共34頁第十七頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13下一頁BP算算法法公公式式核心公式核心公式pjpjppOnwnwj

10、iji )()1(i k層神經(jīng)元層神經(jīng)元p 樣本組數(shù)樣本組數(shù)j k+1+1層神經(jīng)元層神經(jīng)元pj 利用第利用第p 組樣本數(shù)據(jù)計(jì)算出的組樣本數(shù)據(jù)計(jì)算出的 第第k+1+1層神經(jīng)元層神經(jīng)元j j 的輸出值的輸出值 學(xué)習(xí)步長（學(xué)習(xí)步長（01）x1x3y1y2x2ijk+1+1層層k層層 pj誤差誤差回目錄頁第17頁/共34頁第十八頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13下一頁BP算算法法公公式式x1x3x2ijk+1+1層層k層層fxef 11取轉(zhuǎn)換函數(shù)取轉(zhuǎn)換函數(shù))1()(pjpjpjpjpjOOOy jkkkkkpikpijipjpiwOO, 11)1( 對(duì)于輸出層對(duì)于輸出層對(duì)于隱含層對(duì)

11、于隱含層pjOpjy ikkkkijipjOwfO)(,11神經(jīng)元輸出神經(jīng)元輸出回目錄頁第18頁/共34頁第十九頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13下一頁fO=f(X)XYWWx1x3x2y1y2y3y4O=f(WX)O=f(WX)O pj=Y-Ow w pj回目錄頁第19頁/共34頁第二十頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13下一頁f分析問題，確定已知變量，目標(biāo)變量選取樣本確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)樣本數(shù)據(jù)預(yù)處理（歸一化）確定學(xué)習(xí)參數(shù)初始化權(quán)值迭代計(jì)算權(quán)值學(xué)習(xí)結(jié)束，數(shù)據(jù)還原樣本優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整學(xué)習(xí)參數(shù)重新分析問題數(shù)據(jù)來自實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)記錄數(shù)據(jù)來自實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)記錄樣本個(gè)數(shù)

12、適量樣本個(gè)數(shù)適量取值全面取值全面分布均勻分布均勻回目錄頁第20頁/共34頁第二十一頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13下一頁f分析問題，確定已知變量，目標(biāo)變量選取樣本確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)樣本數(shù)據(jù)預(yù)處理（歸一化）確定學(xué)習(xí)參數(shù)初始化權(quán)值迭代計(jì)算權(quán)值學(xué)習(xí)結(jié)束，數(shù)據(jù)還原樣本優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整學(xué)習(xí)參數(shù)重新分析問題輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)=已知變量數(shù)已知變量數(shù)輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)=目標(biāo)變量數(shù)目標(biāo)變量數(shù)隱含層數(shù)及各層節(jié)點(diǎn)數(shù)隱含層數(shù)及各層節(jié)點(diǎn)數(shù)靠經(jīng)驗(yàn)取值靠經(jīng)驗(yàn)取值回目錄頁第21頁/共34頁第二十二頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13下一頁f分析問題，確定已知變量，目標(biāo)變量選取樣本

13、確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)樣本數(shù)據(jù)預(yù)處理（歸一化）確定學(xué)習(xí)參數(shù)初始化權(quán)值迭代計(jì)算權(quán)值學(xué)習(xí)結(jié)束，數(shù)據(jù)還原樣本優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整學(xué)習(xí)參數(shù)重新分析問題minmaxminxxxxiix 回目錄頁第22頁/共34頁第二十三頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13下一頁f分析問題，確定已知變量，目標(biāo)變量選取樣本確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)樣本數(shù)據(jù)預(yù)處理（歸一化）確定學(xué)習(xí)參數(shù)初始化權(quán)值迭代計(jì)算權(quán)值學(xué)習(xí)結(jié)束，數(shù)據(jù)還原樣本優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整學(xué)習(xí)參數(shù)重新分析問題學(xué)習(xí)步長學(xué)習(xí)步長 動(dòng)量因子動(dòng)量因子 允許誤差允許誤差 迭代次數(shù)迭代次數(shù)回目錄頁第23頁/共34頁第二十四頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13

14、下一頁f分析問題，確定已知變量，目標(biāo)變量選取樣本確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)樣本數(shù)據(jù)預(yù)處理（歸一化）確定學(xué)習(xí)參數(shù)初始化權(quán)值迭代計(jì)算權(quán)值學(xué)習(xí)結(jié)束，數(shù)據(jù)還原樣本優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整學(xué)習(xí)參數(shù)重新分析問題隨機(jī)取權(quán)值的初始值隨機(jī)取權(quán)值的初始值取值通常為取值通常為 0 附近附近回目錄頁第24頁/共34頁第二十五頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13下一頁f分析問題，確定已知變量，目標(biāo)變量選取樣本確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)樣本數(shù)據(jù)預(yù)處理（歸一化）確定學(xué)習(xí)參數(shù)初始化權(quán)值迭代計(jì)算權(quán)值學(xué)習(xí)結(jié)束，數(shù)據(jù)還原樣本優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整學(xué)習(xí)參數(shù)重新分析問題)1()()()1( nwnwnwnwjijijiji 回目錄頁第25頁/

15、共34頁第二十六頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13f分析問題，確定已知變量，目標(biāo)變量選取樣本確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)樣本數(shù)據(jù)預(yù)處理（歸一化）確定學(xué)習(xí)參數(shù)初始化權(quán)值迭代計(jì)算權(quán)值學(xué)習(xí)結(jié)束，數(shù)據(jù)還原樣本優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整學(xué)習(xí)參數(shù)重新分析問題回目錄頁第26頁/共34頁第二十七頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13x1yBP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)xn確定自變量值確定自變量值)( WXfY指定目標(biāo)變量值指定目標(biāo)變量值iiixnxnx )()1(1模模擬擬模模型型優(yōu)優(yōu)化化模模型型回目錄頁第27頁/共34頁第二十八頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。2021-12-13下一頁BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

16、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立鋼線含碳量與電阻效應(yīng)的關(guān)系式建立鋼線含碳量與電阻效應(yīng)的關(guān)系式 變變 量量變量名稱變量名稱樣本數(shù)據(jù)樣本數(shù)據(jù)(實(shí)驗(yàn)值實(shí)驗(yàn)值) 1234567已知變量已知變量 碳含量碳含量 x%0.1 0.3 0.4 0.55目標(biāo)變量目標(biāo)變量 電阻電阻R1518192122.6 23.826回目錄頁第28頁/共34頁第二十九頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu): 1 : 3 : 15 : 1學(xué)習(xí)參數(shù)學(xué)習(xí)參數(shù): =0.9 =0.9 1=10-4 2=10-5經(jīng)過經(jīng)過6900次學(xué)習(xí)次學(xué)習(xí) 計(jì)算輸出的誤差達(dá)到要求計(jì)算輸出的誤差達(dá)到要求 變變 量量學(xué)習(xí)結(jié)果與樣本比較學(xué)習(xí)結(jié)果與樣

17、本比較 1234567 輸輸 入入 x0.55計(jì)算輸出計(jì)算輸出15.1517.8619.1920.8922.55 23.93 25.79樣本輸出樣本輸出1518192122.623.826利用建好的網(wǎng)絡(luò)作計(jì)算利用建好的網(wǎng)絡(luò)作計(jì)算(稱為預(yù)測(cè)稱為預(yù)測(cè))x R 計(jì)算得到計(jì)算得到 對(duì)對(duì) 比比 統(tǒng)計(jì)模型統(tǒng)計(jì)模型 Rx x=0.45 R=19.60 回目錄頁第29頁/共34頁第三十頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。下一頁BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)乙苯脫氫反應(yīng)器操作工況的模擬乙苯脫氫反應(yīng)器操作工況的模擬乙苯乙苯苯乙烯苯乙烯蒸汽蒸汽乙苯乙苯+水蒸汽水蒸汽苯乙烯苯乙烯脫氫脫氫回目

18、錄頁第30頁/共34頁第三十一頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。下一頁操作參數(shù)操作參數(shù)名名 稱稱單位單位t催化劑使用時(shí)間催化劑使用時(shí)間天天F乙苯進(jìn)料量乙苯進(jìn)料量NM3/hT1第一級(jí)反應(yīng)器入口溫度第一級(jí)反應(yīng)器入口溫度T2第二級(jí)反應(yīng)器入口溫度第二級(jí)反應(yīng)器入口溫度SOR蒸汽蒸汽EB重量比重量比 P一、二級(jí)反應(yīng)器出口壓差一、二級(jí)反應(yīng)器出口壓差Mpa控制目標(biāo)控制目標(biāo)名名 稱稱y1一段出口轉(zhuǎn)化率一段出口轉(zhuǎn)化率y2一段出口轉(zhuǎn)化率一段出口轉(zhuǎn)化率y總收率總收率回目錄頁第31頁/共34頁第三十二頁，編輯于星期一：六點(diǎn) 二十八分。下一頁樣樣本本號(hào)號(hào)TSORFT1T2Py1y2y131.718.066056070.04431.1542.0759.682581.412.536136160.