[发明专利]基于粘度变化的聚合工艺参数调节方法

权利要求书

1.基于粘度变化的聚合工艺参数调节方法，其特征是：将由过去连续时间段T_a内的熔体粘度数据预测得到的未来连续时间段T_b内的熔体粘度数据的波动范围与参考范围进行比较后，根据比较结果调节聚合工艺参数；

所述预测的方法为：将过去连续时间段T_a内的熔体粘度数据转化为时间序列I后对其进行模糊信息粒化处理得到三个特征向量，再将三个特征向量输入到改进ELM中由其输出三个代表未来连续时间段T_b内的熔体粘度数据最大值、平均值和最小值的数值，即得到未来连续时间段T_b内的熔体粘度数据的波动范围；所述未来连续时间段T_b的长度等于对时间序列I进行模糊信息粒化处理时窗口的大小；

所述改进ELM是采用粒子群算法优化输入层权值和隐含层阈值后的ELM，所述粒子群算法的适应度函数为训练样本的均方误差；

所述ELM的改进步骤如下：

(1)粒子群算法初始化；

设定种群规模、最大迭代次数、最大惯性权值、最小惯性权值、学习因子、粒子的最大速度、粒子的最小速度、最大位置、最小位置和粒子的维度D，D＝(S+1)×K+(K+1)×O，S为ELM输入层节点的个数，K为ELM隐含层节点的个数，O为ELM输出层节点的个数；

(2)选择适应度函数；

适应度函数f的表达形式如下：

其中，N为训练样本的个数，T_u为训练样本输入到ELM后ELM的实际输出值，为训练样本输入到ELM后ELM的理论输出值；

(3)初始化迭代次数z＝1；

(4)寻找个体极值P_ub和群体极值P_g；

计算公式如下：

其中，和分别是第u个粒子的均方误差、第u个粒子最优的均方误差和所有粒子中最优的均方误差；

(5)更新种群的惯性权值ω；

更新公式如下：

其中，ω_max和ω_min分别为初始设置的最大惯性权值和最小惯性权值，z和T分别为当前的迭代次数和总的迭代次数；

(6)更新粒子的位置和速度向量；

粒子的速度和位置的更新规则如下：

其中，c₁和c₂是学习因子，rand₁和rand₂是区间[0,1]内的随机数，V_u(z)和X_u(z)分别代表当前时刻粒子的速度和位置，V_u(z+1)和X_u(z+1)分别代表下一时刻粒子的速度和位置；

(7)判断当前迭代次数z是否达到最大迭代次数，如果是则进入步骤(9)，反之，进入步骤(8)；

(8)令z＝z+1，返回步骤(4)；

(9)得到最优的ELM的输入层权值和隐含层偏置存在于群体极值p_g中，并通过广义逆公式β＝H⁺T求解输出层权值，其中，β为ELM的输出层权值，T为ELM的输出值，H⁺为隐含层输出矩阵H的广义逆计算，H＝g(AX+B)，A为输入层权值，B为隐含层阈值，X为样本的输入矩阵，g(·)为隐含层的激活函数；

所述训练样本的构建过程为：首先采集过去连续时间段T_c内的熔体粘度数据构成时间序列II，然后对时间序列II进行模糊信息粒化处理得到三个特征向量，最后分别根据三个特征向量构建输入矩阵P和输出矩阵T得到样本集P,T再由样本集得到训练样本，输入矩阵P和输出矩阵T的表达式如下：

T＝[E_n+1 E_n+2...E_n+l...E_[M/W]]

式中，E_l代表特征向量中第l个元素，l＝1,2,...,[M/w]-n，E_n+l代表特征向量中第n+l个元素，[M/w]代表特征向量中元素的总个数，输入矩阵P中的第l列元素与输出矩阵T中的第l列元素构成训练样本；

所述的模糊信息粒化处理的步骤如下：

(1)划分窗口；

确定粒化窗口的大小为w，将X以每w个数据为单位长度划分为[M/w]个子列窗口，记为ΔX_i，i＝1,2,...,[M/w]，[M/w]为M/w向前取整数，即如M/w的结果为整数，则[M/w]为M/w，反之，则为(M/w)+1，(M/w)代表M/w的整数部分；

(2)建立模糊粒子；

分别在每个子列窗口ΔX_i上建立模糊粒子A_i；

(3)确定模糊粒子的参数；

分别确定每个模糊粒子A_i的支撑下限a_i、支撑上限b_i和核m_i得到三个特征向量Low、R和Up；

a_i和b_i的计算公式如下：

m_i和m_i'的取值方式为：将ΔX_i＝(x_i1,x_i2,...,x_ij,...x_id)按从小到大重新排序，当d为偶数时，m_i＝x_i(d/2)，m_i'＝x_i[(d+2)/2]，当d为奇数时，m_i＝x_i[(d+1)/2]，m_i'＝m_i，记m_i＝x_(e)，m_i'＝x_(e')，其中d表示第i个子序列中元素的个数，x_ij表示第i个子序列中第j个元素的值，e和e'分别表示m和m'取值时对应的下标；

Low、R和Up的表达式如下：

所述模糊粒子的形式为三角型，其隶属函数如下：

式中，x_i是特性粘度的值；

所述参考范围是已经生产出来的、性能满足使用要求的聚合物在连续时间段T_b内的熔体粘度数据的波动范围；

所述根据比较结果调节聚合工艺参数是指根据生产经验获得聚合工艺参数与熔体粘度的相关性后调节聚合工艺参数提高或降低熔体粘度进而降低波动范围与参考范围的偏差。