基于改进支持向量机的连续搅拌反应釜辨识

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由于非线性系统在工程中的广泛存在,使得非线性辨识方法具有较强的工程应用背景,成为了当前系统辨识研究的热点和难点。支持向量机能有效地解决小样本、非线性条件下的问题,并具有良好的泛化性能,使其成为非线性辨识中的有力工具。   考虑到实际辨识过程中,数据采集过程受到各种干扰和不确定因素的影响,造成所得数据样本含有噪声,辨识性能和效果下降。本文针对以上问题,基于加权支持向量机和小波支持向量机算法,研究其非线性辨识性能和抗噪能力。   论文的主要工作和结论如下:   针对利用支持向量机进行非线性系统辨识,给出了利用支持向量机进行建模的完整流程,随后重点讨论支持向量机参数(核函数、惩罚系数、不敏感系数)对模型辨识性能的影响,并将其应用于CSTR(Continuously Stirred Tank Reactor,连续搅拌反应釜)的建模中,分别对CSTR模型中的两个输出量反应温度(T)和反应浓度(Ca)进行建模,获得了2个非线性模型。   在前述支持向量机的建模基础之上,重新给出了利用加权支持向量机进行非线性系统建模的过程,并使用加权支持向量机完成建模。针对标准支持向量机对孤立点过于敏感,辨识模型性能较差的问题,提出了一种基于数据域描述的加权支持向量机辨识方法。该方法通过将数据映射至特征空间,通过计算样本到特征空间中最小包含超球心的距离来确定加权系数,然后将样本与其对应权值加入支持向量机训练获得辨识模型。并通过模拟实际情况中数据状态——噪声孤立点数据——进行仿真实验,通过与标准支持向量机进行对比证明该方法的性能。   针对噪声孤立点数据辨识问题,提出了一种小波变换的支持向量机辨识方法,并使用该小波变换支持向量机完成建模。该方法充分利用了小波变换对噪声的过滤性能,首先对噪声数据进行小波三层多尺度分解,随后对各分量进行小波阈值消噪,并用消噪后分量分别训练支持向量机,得到4个支持向量机子模型,最后进行小波重构得到最终预测输出。实验证明,与标准支持向量机方法比较,该方法能够更好的在噪声孤立点数据情况下进行辨识,其辨识性能显著高于标准支持向量机。
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