列单步预报的问题,所以,给出的用前馈神经网络模型作多步预报的结果并不理想。具体原因在于该模型的输入向量在训练网络参数时并没有使用,然而在应用该网络进行预报时要求该网络能够与这些输人向量相匹配,从而导致很大的预报误差。为了保证对时间序列未来状态预报的精确,在训练该模型的参数时应当使用输入向量,从而满足多步预报的需要。多步递归网络(MSRN)模型正是将预报的输出量反馈为输入量,利用一种比较特殊的学习方法来实现长周期预报的需要。 本文提出一个局部递归神经网络用来建立MSRN模型[1]。该网络的建立也是起源于一个多层前馈神经网络,通过从输出神经元到输入神经元增加反馈节点,如图3所示。
递归神经网络的神经元与通常一样被分成输入层、隐含层和输出层。输入层由两部分神经元组成,第一部分作为外部的输入,来源于原始数据或者所测得的时间序列数据,第二部分由记忆了前面网络的输出的反馈神经元组成。在这里引入向量C(k)来表示反馈神经元的活动,每一种神经元由下式计算所得: Ci (k)=Z-i (x(k+h+1))=x(k+h+1-i),i=1,∧,h 式中Z-i—算子,用来得出网络输出的第i个延迟量 x—网络输出 余下的该网络里的神经元(隐含层和输出层的神经元)遵循与多层前馈神经网络相同的公式及算子,仍然使用Sigmoid函数计算前面层的输出。 由于反馈神经元的存在,局部神经网络的训练采用动态BP学习算法,该网络的训练也可以使用传统的BP学习算法,在训练过程中传统的BP学习算法可以使之很好的收敛。 当MSRN模型的结构用作多步预报时,等同于经典神经网络用作多步预报时的结构,但是在网络参数的修正方式上有很大的不同。参数的修正是通过训练一个多层前馈神经网络而得到的,并且它的值在预报过程中保持固定,用预报网络的输出结果作为递归网络学习的一种模式输入, MSRN模型就可以捕捉不同模式之间的相互关系,从而用作长周期的预报。 四、实验仿真及在关键机组振动中的实际应用 为对比分析MSRN模型的性能及其实际的应用效果,分别对模拟数据和天津石化炼油厂烟机振动进行预报。 1.模拟信号的预报对比 产生一个模拟信号: x(k+1)=λx(k)(1-x(k)) λ=3.97,x(0)=0.5 该映射描述了一个混乱无序的时间序列,前面预报的误差对后面的预报有很强的影响,因此,这种无序时间序列可以很好地用来测试多步预报的性能。取序列长度为100,分别采用多层前馈神经网络、MSRN模型对该序列进行了单步预报与多步预报。单步预报结果如图4、图5所示。
选择时间序列51~58区段作为多步预报区段,两种多步预报(h=7)方法的预报结果分别显示在图6、图7中。由图可见:单步递推的多步预报网络在前2步的预报中误差最小,随着步数的递增,预报误差呈不稳定的增长,到第6步曲线的发展趋势还可以比较清楚的表示,但到第7、第8步已经完全丧失预报能力;而利用MSRN模型作多步预报虽然预报误差随着预报步数增加,但各步预报结果具有很好的时间序列的趋势特征,通过比较,在整个预报区间的预报总误差比多层前馈神经网络要小得多。因为单步递推网络着重于时间序列的局部信息,而多步预报网络着重于时间序列多步的整体信息。所以,MSRN模型在多步预报上可以较好地反映时间序列多步趋势变化特征,加之其良好的实际应用能力,可成为一种实用的多步预报工具。
2.机组振动的状态预报 采集了天津石化公司炼油厂烟汽轮机的振动原始数据,按月统计了该机组某个测点的振动峰峰值,并以此为依据进行多步预报。图8、图9分别显示了利用多层前馈网络和MSRN模型的完整训练曲线,选择时间序列31一35区段作为多步预报区段,则两种预报方法的预报结果也显示在图中。从图可知,MSRN模型可以很好地预报机组振动的发展趋势,为生产提供有参考价值的信息。
3.状态预报在生产实际中的应用 2002年对炼油厂的能量回收机组进行了周期性的状态监测。根据监测结果,从20()2年1月至6月机组运行平稳,但从7月大修后机组运行状态变差,烟气透平的壳体及转子轴振动均超标。按规定需要停车检修。而如果停车检修经济损失很大。为此,运用风险评估管理 上一页 [1] [2] [3] 下一页
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