基于相关向量机的污水软测量建模研究

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1、考询ri3/、SouthChinaUniversityofTechnology硕士学位论文基于相关向量机的污水软测量建模研究作者姓名曹涛学科专业控制理论与控制工程指导教师许玉格副教授所在学院自动化科学与工程学院论文提交日期2015年6月StudyofsoftsensormodelingforWastewaterTreatmentProcessBaseonRelevanceVectorMachineADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：CaoTaoSupervis

2、or：Prof.XuYugeSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP18学校代号：10561学号：201220113819华南理工大学硕士学位论文基于相关向量机的污水软测量建模研究作者姓名：曹涛指导教师姓名、职称：许玉格副教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：控制理论与控制工程研究方向：控制系统分析与综合论文提交日期：2014年5月5日论文答辩日期：2015年6月6日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：罗飞委员：肖兵、王聪、吴玉

3、香、许玉格华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所辱的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任S他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的聿后果由本人承担。作者签名:曰期年心月c曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，艮口：究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校R保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许

4、学位文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可以公布学位论文的全或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：□保密，在_____年解密后适用本授权书。不保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议氧位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊(光盘版）电子杂志社文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内(请在以上相应方框内打“V”）作者签名：日期：指导教师签名：日期：泛作者联系电话：电子邮箱：联系地址(含邮编）：

5、摘要污水生化处理过程极其复杂，往往存在着参数时变、多变量耦合、强非线性、大滞后等特点。由于这些特点，传统传感器无法得到有效应用，重要变量无法得到快速精确测量，生化过程无法得到有效优化和诊断。软测量技术是一种新型的智能检测技术，在工业过程测控系统中具有非常广阔的应用前景。本文以污水处理过程为背景，结合其生化和工艺知识，对软测量建模方法进行了研究。为了解决传统污水处理软测量建模方法中存在的适用范围小、精度低、鲁棒性不强等问题，本文研究了一种基于相关向量机的软测量回归建模方法，并成功建立了预测污水处理出水水质的软测量模型，仿真结果验

6、证了该方法的有效性。首先，介绍了软测量技术的基本原理，并对机器学习算法在软测量上的应用进行了文献综述，分析了软测量建模理论在污水领域的国内外研究现状，指出了软测量建模过程中所面临的主要问题。其次，研究了相关向量机原理及其回归模型。针对污水数据维数高，容易给模型训练带来困难的问题，采用了一种模糊粗糙单调递增的属性约简方法对污水数据进行约简，得出了对污水出水生化需氧量BOD5(BiochemicalOxygenDemand)影响较大的几类输入属性。在此基础上，提出了一种基于模糊粗糙单调递增相关向量机的出水BOD5软测量模型。然后，

7、为了进一步提高模型的预测精度，研究了核函数方法，并且结合全局核函数和局部核函数各自的优势，提出了一种基于混合核函数的相关向量机回归建模方法。针对模型中多参数的优化问题，研究了人工免疫优化算法并应用于模型的参数优化中，给出了详细的实现流程。仿真结果表明，提出的混合核函数模型预测精度明显高于单一核函数模型，人工免疫优化算法收敛速度快、全局搜索能力强。最后，根据污水生化处理工况实时性非常强的这一需求，提出了基于快速相关向量机的在线软测量模型。首先研究了用快速边际似然算法来快速确定模型中的超参数，给出了算法实现步骤，接着对算法作了性能

8、测试。将快速相关向量机应用于污水在线软测量模型中。仿真结果表明该模型在保证预测精度的同时，进一步降低了模型的更新时间，很好地满足了实时性这一要求。关键词：污水处理；软测量；核函数；人工免疫算法；快速相关向量机IAbstractWastewatertreatmentisbeco