1.一种基于有监督型SAE的尾气硫化氢浓度实时监测方法,其特征在于,包括以下步骤:首先,离线建模阶段包括如下所示步骤(1)至步骤(7);
步骤(1):利用5个流量仪表实时测量硫回收装置中的流量数据,直至采集得到N个样本数据,分别记录成5个列向量x1,x2,x3,x4,x5,并利用离线分析仪获取相同采样时刻排放尾气中硫化氢的N个浓度数据,对应记录成列向量y,其中xi由第i个流量的N个样本数据组成,i∈{1,2,3,4,5}分别对应于未进化尾气流量,两个燃烧室的空气进料流量,酸‑水汽提过程的气相流量,和酸‑水汽提过程的空气流量;
步骤(2):根据如下所示公式对x1,x2,x3,x4,x5和y分别实施归一化处理,对应得到5个数据向量 和一个输出向量 并将数据向量 组建成一个数据矩阵
N×5
其中,R 表示N×5维的实数矩阵,表示归一化处理后的第i个数据向量,xi(min)表示列向量xi中的最小值,xi(max)表示列向量xi中的最大值,ymin与ymax分别表示列向量y中的最小值和最大值;
步骤(3):根据如下所示公式组建N‑9个输入向量z1,z2,…,zn,其中n=N‑9;
T
zj=[X(j+9),X(j+4),X(j+2),X(j)] ②上式中,X(j+9),X(j+4),X(j+2),X(j)分别表示数据矩阵X中的第j+9行,第j+4行,第j+
20×1 20×1
2行和第j行的行向量,j∈{1,2,…,n},zj∈R 表示第j个输入向量,R 表示20×1维的实数向量,上标号T表示矩阵或向量的转置;
步骤(4):搭建一个由M层自编码器串联组成的有监督型SAE,并确定隐层神经元激活函数f(u),输出层神经元激活函数ζ(u),和各层自编码器的隐层神经元个数h1,h2,…,hM;其中u表示函数自变量;
步骤(5):利用BP算法依次训练有监督型SAE中第1层自编码器,第2层自编码器,直至第M层自编码器的隐层和输出层的权重系数W1,W2,…,WM和 以及隐层和输出层的阈值b1,b2,…,bM和 具体的实施过程如步骤(5.1)至步骤(5.5)所示;
步骤(5.1):第1层自编码器的输入层有20个神经元,隐层有h1个神经元,输出层有1个神经元,并分别初始化隐层和输出层的权重系数和阈值;
步骤(5.2):以z1,z2,…,zn做为第1层自编码器的输入,同时以 做为第1层自编码器的输出,利用BP算法训练得到第1层自编码器的隐层和输出层的权重系数和 以及隐层和输出层的阈值 和 后,初始化m=1,其中分别表示输出向量 中的第10个,第11个,至第N个元素, 表示h1×1维的实数向量;
步骤(5.3):第m+1层自编码器的输入层有hm个神经元,隐层有hm+1个神经元,输出层有1个神经元,并分别初始化隐层和输出层的权重系数和阈值;
步骤(5.4):以第m层自编码器隐层的输出向量g1(m),g2(m),…,gn(m)做为第m+1层自编码器的输入,同时以 做为第m层自编码器的输出,再次利用BP算法训练得到第m+1层自编码器的隐层和输出层的权重系数 和 以及隐层和输出层的阈值 和 其中 表示hm×hm+1维的实数矩阵, 表示hm+1×1维的实数向量,g1(m),g2(m),…,gn(m)的计算方式如下所示:上式中,j∈{1,2,…,n};
步骤(5.5):判断是否满足m+1<M;若是,则设置m=m+1后返回步骤(5.3);若否,则训练结束,保留栈式自编码器所有的权重系数W1,W2,…,WM和 以及阈值b1,b2,…,bM和步骤(6):根据公式 计算出第m层自编码器的输出估计值并将这些输出估计值组成估计值向量
重复步骤(6)直至得到各层自编码器的估计值向量 其中上标号T表示矩阵或向量的转置;
步骤(7):将估计值向量 组成估计值矩阵 后,
计算最小二乘回归系数向量 其中列向量
上述实施步骤完成了对尾气H2S浓度的软测量建模,接下来就是利用在线实时测量的5个流量数据,实现对尾气H2S浓度的实时监测,具体实施步骤如下所示;
步骤(8):在最新采样时刻t,对5个流量仪表测量到的数据v1(t),v2(t),v3(t),v4(t),v5(t)进行归一化处理,得到归一化后的数据 具体的归一化方式如下所示:
上式中,i∈{1,2,3,4,5};
T
步骤(9):根据at=[v(t),v(t‑5),v(t‑7),v(t‑9)]组建最新采样时刻的输入向量at,其中,行向量 v(t‑5),v(t‑7),v(t‑9)分别表示t‑5采样时刻,t‑7采样时刻,和t‑9采样时刻的测量数据经归一化处理后的数据组建的行向量;
步骤(10):以输入向量at为有监督型SAE的输入,利用步骤(5.5)中保留的权重系数和阈值,依次计算得到第1层自编码器,第2层自编码器,直至第M层自编码器的输出估计值具体的实施过程如下所示;
T
步骤(10.1):根据公式c1=f(W1 at+b1)计算第1层自编码器隐层的输出向量c1,再根据公式 计算第1层自编码器的输出估计值yt(1),并初始化m=2;
步骤(10.2):根据公式 计算第m层自编码器隐层的输出向量cm,再根据公式 第m层自编码器的输出估计值
步骤(10.3):判断是否满足m<M;若是,则设置m=m+1后,返回步骤(10.2);若否,则得到第M 个输出 估计值 并 将之 组建成 一个估 计值向 量步骤(11):根据公式 计算出 后,再根据 计算t采样时刻的尾气硫化氢浓度的监测值yt;
步骤(12):返回步骤(8),继续实施对下一个最新采样时刻的尾气硫化氢的浓度在线监测。