神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在水泥生產(chǎn)線中的優(yōu)化分析

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0 引言

水泥生產(chǎn)線是生產(chǎn)水泥的一系列設(shè)備組成的水泥設(shè)備生產(chǎn)線。主要由破碎及預(yù)均化、生料制備均化、預(yù)熱分解、水泥熟料的燒成、水泥粉磨包裝等過(guò)程構(gòu)成。硅酸鹽類水泥生產(chǎn)工藝在水泥生產(chǎn)設(shè)備中具有代表性，是以石灰石和粘土為主要原料，經(jīng)破碎、配料、磨細(xì)制成生料，然后喂入水泥窯中煅燒成熟料，再將熟料加適量石膏（有時(shí)還摻加混合材料或外加劑）磨細(xì)而成。干法水泥生產(chǎn)線粉磨作業(yè)需要消耗的動(dòng)力約占全廠動(dòng)力的 60%以上。因此，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法合理選擇粉磨設(shè)備和工藝流程，優(yōu)化工藝參數(shù)，正確操作，控制作業(yè)制度，對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗具有重大意義。

1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法分析

1.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法工作原理

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法主要是用函數(shù)逼近的方式來(lái)進(jìn)行，最優(yōu)化控制的主要是采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，主要由評(píng)判、模型和執(zhí)行三個(gè)部分來(lái)組成，它們都是用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，主要可以采用相關(guān)的函數(shù)來(lái)對(duì)于內(nèi)部的權(quán)重進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到分類的目的，對(duì)于整體進(jìn)行逐次的優(yōu)化，最終得到全局的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模的方法，可以有效的對(duì)于自適應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃，所以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)依然是當(dāng)前很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)控制科學(xué)的發(fā)展方向。

1.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的應(yīng)用

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法可以有效的解決離散系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)最優(yōu)化問(wèn)題，主要包括相關(guān)的策略迭代評(píng)價(jià)以及加強(qiáng)學(xué)習(xí)的功能，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法是在 1977年被Werbos提出的，它主要是通過(guò)函數(shù)的逐次逼近使得整個(gè)的優(yōu)化策略，越來(lái)越接近于實(shí)際的需求，這樣就可以得到最優(yōu)化的指標(biāo)，通常情況是用兩個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)于函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化控制的，這樣就能有效的對(duì)于非線性問(wèn)題中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行有效的解決，Bertsekas對(duì)于非線性系統(tǒng)中的優(yōu)化控制進(jìn)行了廣泛而深入的研究，提出了動(dòng)態(tài)規(guī)劃的觀點(diǎn)，所以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法主要是采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方式來(lái)進(jìn)行最優(yōu)化問(wèn)題的求解，由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)自身的權(quán)重進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)多個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行最優(yōu)化解決，輔助管理人員進(jìn)行情況的判斷與決策，使得整個(gè)項(xiàng)目的效率提升。因此，在很多程度上它具有較強(qiáng)的自學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力，所以在美國(guó)科學(xué)基金會(huì)2016年的研討會(huì)上，把這個(gè)方法全部統(tǒng)一叫做神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，這也就意味著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法是當(dāng)今優(yōu)化控制科學(xué)中的前沿方向。

2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在水泥生產(chǎn)線優(yōu)化中的應(yīng)用

水泥生產(chǎn)在線仿真技術(shù)是根據(jù)運(yùn)行設(shè)備、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)和特性參數(shù)建立全物理過(guò)程的精細(xì)數(shù)學(xué)模型，再通過(guò)真實(shí)運(yùn)行分配控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)入模型，從而使仿真系統(tǒng)直接取得現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)和操作動(dòng)作，對(duì)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真計(jì)算并跟蹤生產(chǎn)線實(shí)際運(yùn)行。 該系統(tǒng)需結(jié)合生產(chǎn)線的實(shí)際情況進(jìn)行定制，如設(shè)備運(yùn)行情況、生產(chǎn)管理狀況、全廠配套設(shè)備等。整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)施周期包括研發(fā)、調(diào)試、數(shù)據(jù)采集、優(yōu)化分析等過(guò)程，需要花費(fèi) 1年多時(shí)間，不同生產(chǎn)線所裝系統(tǒng)各不相同。整個(gè)系統(tǒng)的安裝并非一氣呵成，而是各個(gè)子系統(tǒng)功能逐步上線，如可以先讓管理系統(tǒng)或者控制系統(tǒng)上線，再逐步使生產(chǎn)線其他系統(tǒng)進(jìn)入數(shù)字化管控，可以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法結(jié)合動(dòng)態(tài)規(guī)劃技術(shù)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化與分析。一般在這樣的框架下，可以實(shí)現(xiàn)較好的優(yōu)化功能，主要包括評(píng)價(jià)模型和執(zhí)行三個(gè)部分，這三個(gè)部分主要在于能夠?qū)崿F(xiàn)完整的評(píng)價(jià)改善循環(huán)，評(píng)價(jià)模塊可以評(píng)估執(zhí)行模塊的實(shí)際效能，對(duì)于代價(jià)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化與修正，執(zhí)行模塊可以產(chǎn)生實(shí)際的動(dòng)作來(lái)對(duì)所改進(jìn)的策略進(jìn)行執(zhí)行，同時(shí)也能有效的對(duì)于被控對(duì)象的情況進(jìn)行反應(yīng)，將其進(jìn)行運(yùn)行之后，可以通過(guò)不同的反饋，來(lái)對(duì)實(shí)際評(píng)價(jià)與運(yùn)行的情況進(jìn)行確定，同時(shí)，利用相關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等算法，來(lái)實(shí)現(xiàn)函數(shù)的近似與優(yōu)化，這樣就能對(duì)于系統(tǒng)的內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新，這里主要是采用貝爾曼的優(yōu)化方式來(lái)進(jìn)行更新的。效用函數(shù)可以對(duì)于函數(shù)輸入在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的效果，進(jìn)行合理有效的評(píng)估，主要有以下這些方式：通過(guò)代價(jià)函數(shù)的定義情況，我們可以對(duì)效用函數(shù)做出一定的評(píng)價(jià)，我們可以看出，當(dāng)?shù)綍r(shí)候，效用函數(shù)的重要性是一樣的，當(dāng)折扣因子減小的時(shí)候，這個(gè)自適應(yīng)系統(tǒng)就可以在越短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行收斂，得到一個(gè)更加優(yōu)化的結(jié)果，但是當(dāng)折扣因子如果過(guò)大的時(shí)候，系統(tǒng)的幅度就很難進(jìn)行控制，所以這個(gè)時(shí)候，我們應(yīng)當(dāng)盡量的提高學(xué)習(xí)率。

動(dòng)態(tài)規(guī)劃可以有效的進(jìn)行最優(yōu)化的控制與解決，但是在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，我們需要對(duì)動(dòng)態(tài)規(guī)劃進(jìn)行調(diào)整，使其更加的利用適用于實(shí)際的條件，因?yàn)樽顑?yōu)化的控制和時(shí)間是有關(guān)系的，因此我們應(yīng)當(dāng)計(jì)算出較為合適的時(shí)間序列，才能夠更好的完成這個(gè)指標(biāo)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法由 Webros 于在上世紀(jì)70年代進(jìn)行提出，他對(duì)于動(dòng)態(tài)規(guī)劃維度數(shù)過(guò)多的問(wèn)題，進(jìn)行了有效的解決，主要是采用強(qiáng)化學(xué)習(xí)的方式，模仿人的思維方式對(duì)于相關(guān)的誤差進(jìn)行反饋，這樣又能在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的收斂，得到一個(gè)更加優(yōu)化的結(jié)果，這樣就更加的接近于人腦的思考方式，對(duì)于函數(shù)進(jìn)行精度更高的近似與逼近，可以有效的進(jìn)行最優(yōu)化問(wèn)題的求解，同時(shí)這樣的方法，對(duì)于非線性的系統(tǒng)依然可以適用，他也提出了相關(guān)的方法在非線性系統(tǒng)中使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法方式。ADP是以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行操作的計(jì)算機(jī)運(yùn)行模式，是面向操作層的，是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)初級(jí)階段的產(chǎn)物，主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算而不是管理。能夠快速的進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高度集中和統(tǒng)一處理，重要標(biāo)志是在其中有一個(gè)非常龐大的中央數(shù)據(jù)庫(kù)，它可以進(jìn)行分布式處理，對(duì)于定量性的決策，有著極為關(guān)鍵的作用。在這些年來(lái)，它被認(rèn)為是一種非常有效的解決問(wèn)題的方法，主要采用逼近的方式來(lái)使得動(dòng)態(tài)規(guī)劃的問(wèn)題可以有效的解決，這個(gè)思想也大量的用于其他工程當(dāng)中，比如說(shuō)直升機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算等。

3 總結(jié)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的水泥生產(chǎn)線在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中必須確保擁有相應(yīng)的前瞻性，借助成熟、先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，在保證性價(jià)比高的前提下，選取可靠成熟的技術(shù)方法與中高端設(shè)備，使開(kāi)發(fā)出來(lái)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的水泥生產(chǎn)線科技含量在整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的水泥生產(chǎn)線行業(yè)中處于先進(jìn)位置，處于合理性價(jià)比條件，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。

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