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基于改良型引搜索方法的递回式小波尔曼神经网络

阅读:412发布:2020-05-17

专利汇可以提供基于改良型引搜索方法的递回式小波尔曼神经网络专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开基于改良型引 力 搜索方法的递回式小波 艾 尔曼神经网络,递回式小波艾尔曼神经网络包括五层神经网络配置,分别为 输入层 、 隐藏层 、上下文层、输出反馈层和 输出层 ;改良型引力搜索方法包括以下步骤:初始化、适应性函数、小波突变、族群更新、计算不同方向的总力、 加速 度计 算、更新粒子的速度与 位置 、重复步骤二至七,直到达到停止标准。本发明递回式小波艾尔曼神经网络基于改良型引力搜索 算法 的递回式小波艾尔曼神经网络应用于韦尔斯 涡轮 机 叶片 角 度及发 电机 之转速来达成波浪发电,可让具备高占比与高渗透率的再生 能源 并网发电的电力系统维持良好的动态特性与瞬时稳定度。,下面是基于改良型引搜索方法的递回式小波尔曼神经网络专利的具体信息内容。

1.一种基于改良型引搜索方法的递回式小波尔曼神经网络,递回式小波艾尔曼神经网络包括五层神经网络配置,分别为输入层隐藏层、上下文层、输出反馈层和输出层,其特征在于,所述递回式小波艾尔曼神经网络被初始化,基于梯度下降法的监督式学习被用来训练此网络系统,利用训练模式对递回式小波艾尔曼神经网络的参数进行调整,通过链规则的递归应用,首先计算出每层的误差项,能量函数E表示为:
网络的训练过程如下:第四层权值Wlj更新
第四层误差项的传递的计算如下:
Wlj更新式子如下:
Wlj(N+1)=Wlj(N)+η1ΔWlj
η1是第四层权值Wlj的学习速率;
第三层权值Wkj更新
在第三层中,通过使用链规则,Wkj的更新法则为:
Wkj(N+1)=Wkj(N)+η2ΔWkj
η2是第三层权值Wkj的学习速率;
第二层权值Wij更新
在第二层中,通过使用链规则,Wij的更新法则为:
Wij(N+1)=Wij(N)+η3ΔWij
η3是第二层权值Wij的学习速率;
平移和扩张参数分别为aj和bj的更新式如下:
aj(N+1)=aj(N)+ηaΔaj
bj(N+1)=bj(N)+ηbΔbj
ηa和ηb为平移和扩张参数的学习速率;
改良型引力搜索方法,即时线上调整学习速率(η1,η2,η3,ηa,ηb),优化递回式小波递回式小波艾尔曼神经网络,方法包括以下步骤:
步骤一:初始化
用 来定义第i个粒子的位置,其中 是第i个粒子的d维度值,族
群大小为N;
步骤二:适应性函数
对于每个粒子,评估适合性值,为了计算适合度值,FIT为适应性函数的最适度计算式子,
步骤三:小波突变
小波变换基础上,对族群中的向量进行了变异,得到了一个具有良好调谐特性的小波变异操作F,用莫莱小波作为小波的母代入下式:
步骤四:族群更新
重心常数G是初始值G0与时间t的函数;它在开始时初始化,并随着时间减少以控制搜索的精度,如下所示:
α为常数,Iter是叠代次数,Itermax是最大叠代次数,重心和质量函数根据适应性评估计算;
步骤五:计算不同方向的总力
在计算了每一个粒子的质量之后,找到它们的加速度,根据顿法则,对每一个物体施加的一组较重的质量所产生的总力计算如下:
步骤六:加速度计
基于牛顿法则,加速度的计算如下:
Rij(t)是两个粒子i和j之间的欧几里得距离,Kbest是前K个对象的集合;
步骤七:更新粒子的速度与位置
为了更新粒子在优化方法中的位置,我们计算了每个粒子的速度,根据以下方程式计算每个粒子的速度和新位置:
xi(t+1)=xi(t)+vi(t+1)
c1与c2是学习因子,rand1()与rand2()是两个介于0-1的随机数,pbest(t)和gbest(t)是个别和全域的最优值;
步骤八:重复步骤二至七,直到达到停止标准。
2.根据权利要求1所述的基于改良型引力搜索方法的递回式小波艾尔曼神经网络,其特征在于,所述递回式小波艾尔曼神经网络第一层:输入层
与 分别为第一层第i个的输入与输出值,N为第N次叠代值。
3.根据权利要求1所述的基于改良型引力搜索方法的递回式小波艾尔曼神经网络,其特征在于,所述递回式小波艾尔曼神经网络第二层:隐藏层
隐藏层的输入输出如下:
与 分别为第二层第j个的输入与输出值;小波函数的相关平移和扩张参数分别为aj和bj,Wij、Wkj和Wlj分别是输入神经元与隐藏神经元、上下神经元与隐藏神经元、输出反馈神经元与隐藏神经元的连接权重,输入层、上下层和输出反馈层的激活强度的总和用θj表示:
选择高斯函数φ(x)的一阶导数作为墨西哥帽小波函数,
φ(x)=(1-x2)exp[-(1/2)x2]
4.根据权利要求1所述的基于改良型引力搜索方法的递回式小波艾尔曼神经网络,其特征在于,所述第三层:上下层
与 分别为第三层第k个的输入与输出值,α是自连接反馈增益。
5.根据权利要求1所述的基于改良型引力搜索方法的递回式小波艾尔曼神经网络,其特征在于,所述第四层:输出反馈层
输出反馈层神经元是具有exp(-x2)形式激活功能的非线性神经元,具有更高的学习效率,第四层的节点输入和输出表示如下:
与 分别为第四层第l个的输入与输出值, 为第五层的输出。
6.根据权利要求1所述的基于改良型引力搜索方法的递回式小波艾尔曼神经网络,其特征在于,所述第五层:输出层
与 分别为第五层第o个的输入与输出值,Wjo是隐藏层与输出层之间的连接权值,设为1, 是递回式小波艾尔曼神经网络的输出,是提出这种方法的控制力。
7.根据权利要求1所述的基于改良型引力搜索方法的递回式小波艾尔曼神经网络,其特征在于,所述 和ωr为发电机的参考转速与实际转速,e为转速响应的误差。
8.根据权利要求1所述的基于改良型引力搜索方法的递回式小波艾尔曼神经网络,其特征在于,所述族群更新通过以下公式更新:
Mi(t)和FITi(t)分别是第i粒子的质量函数和适应性函数,best和worst为族群的最大和最小适应值,分别表示为:

说明书全文

基于改良型引搜索方法的递回式小波尔曼神经网络

技术领域

[0001] 本发明涉及递回式小波艾尔曼神经网络,具体是基于改良型引力搜索方法的递回式小波艾尔曼神经网络。

背景技术

[0002] 波浪发电装置的输出功率主要取决于海浪波速大小,然而除了涡轮转速条件外,该波浪发电装置的输出功率仍与许多条件因子有关,该数条件因子另外包含密度叶片半径及转矩系数。其中,该转矩系数又与叶片度具有一函数关系,并能表示成一特性曲线。该特性曲线具有一最佳工作点,如能将该波浪发电装置操作于该最佳工作点,必能使该波浪发电装置运转于较大功率输出状态,达到一较佳之输出。欲使该转矩系数操作于最佳工作点,可利用调整该叶片角度来完成。然而该波浪发电装置之输出功率与波高的二次方成正比,具有一非线性关系,若使用现有的线性控制方法,是无法在波放发电机发电时的宽广工作范围内维持相同的控制表现,因此将无法达到较佳的控制效果,传统小波艾尔曼神经网络的学习速率只能依照实际响应进行人为修正,修正效果不佳容易造成网络的发散,使波浪发电机无法维持一个良好的控制动态,

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供基于改良型引力搜索方法的递回式小波艾尔曼神经网络,基于改良型引力搜索算法的递回式小波艾尔曼神经网络应用于韦尔斯涡轮机叶片角度及发电机之转速来达成波浪发电,可让具备高占比与高渗透率的再生能源并网发电的电力系统维持良好的动态特性与瞬时稳定度;本发明的递回式小波艾尔曼神经网络比传统小波艾尔曼神经网络有更快的收敛速度,且传统小波艾尔曼神经网络的学习速率只能依照实际响应进行人为修正,修正效果不佳容易造成网络的发散,使波浪发电机无法维持一个良好的控制动态,利用改良型引力搜索算法来搜寻递回式小波艾尔曼神经网络最优的学习速率。
[0004] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
[0005] 基于改良型引力搜索方法的递回式小波艾尔曼神经网络,递回式小波艾尔曼神经网络包括五层神经网络配置,分别为输入层隐藏层、上下文层、输出反馈层和输出层,所述递回式小波艾尔曼神经网络被初始化,基于梯度下降法的监督式学习被用来训练此网络系统,利用训练模式对递回式小波艾尔曼神经网络的参数进行调整,通过链规则的递归应用,首先计算出每层的误差项,能量函数E表示为:
[0006]
[0007] 网络的训练过程如下:第四层权值Wlj更新
[0008] 第四层误差项的传递的计算如下:
[0009]
[0010] Wlj更新式子如下:
[0011]
[0012] Wlj(N+1)=Wlj(N)+η1ΔWlj
[0013] η1是第四层权值Wlj的学习速率。
[0014] 第三层权值Wkj更新
[0015] 在第三层中,通过使用链规则,Wkj的更新法则为:
[0016]
[0017] Wkj(N+1)=Wkj(N)+η2ΔWkj
[0018] η2是第三层权值Wkj的学习速率。
[0019] 第二层权值Wij更新
[0020] 在第二层中,通过使用链规则,Wij的更新法则为:
[0021]
[0022] Wij(N+1)=Wij(N)+η3ΔWij
[0023] η3是第二层权值Wij的学习速率。
[0024] 平移和扩张参数分别为aj和bj的更新式如下:
[0025]
[0026]
[0027] aj(N+1)=aj(N)+ηaΔaj
[0028] bj(N+1)=bj(N)+ηbΔbj
[0029] ηa和ηb为平移和扩张参数的学习速率。
[0030] 改良型引力搜索方法,即时线上调整学习速率(η1,η2,η3,ηa,ηb),优化递回式小波递回式小波艾尔曼神经网络,方法包括以下步骤:
[0031] 步骤一:初始化
[0032] 用 来定义第i个粒子的位置,其中 是第i个粒子的d维度值,族群大小为N。
[0033] 步骤二:适应性函数
[0034] 对于每个粒子,评估适合性值,为了计算适合度值,FIT为适应性函数的最适度计算式子,
[0035]
[0036] 步骤三:小波突变
[0037] 在小波变换基础上,对族群中的向量进行了变异,得到了一个具有良好调谐特性的小波变异操作F,用莫莱小波作为小波的母代入下式:
[0038]
[0039] 步骤四:族群更新
[0040] 重心常数G是初始值G0与时间t的函数;它在开始时初始化,并随着时间减少以控制搜索的精度,如下所示:
[0041]
[0042] α为常数,Iter是叠代次数,Itermax是最大叠代次数,重心和质量函数根据适应性评估计算。
[0043] 步骤五:计算不同方向的总力
[0044] 在计算了每一个粒子的质量之后,找到它们的加速度,根据顿法则,对每一个物体施加的一组较重的质量所产生的总力计算如下:
[0045]
[0046] 步骤六:加速度计
[0047] 基于牛顿法则,加速度的计算如下:
[0048]
[0049] Rij(t)是两个粒子i和j之间的欧几里得距离,Kbest是前K个对象的集合。
[0050] 步骤七:更新粒子的速度与位置
[0051] 为了更新粒子在优化方法中的位置,我们计算了每个粒子的速度,根据以下方程式计算每个粒子的速度和新位置:
[0052]
[0053] xi(t+1)=xi(t)+vi(t+1)
[0054] c1与c2是学习因子,rand1()与rand2()是两个介于0-1的随机数,pbest(t)和gbest(t)是个别和全域的最优值。
[0055] 步骤八:重复步骤二至七,直到达到停止标准。
[0056] 进一步的,所述递回式小波艾尔曼神经网络第一层:输入层
[0057]
[0058] 与 分别为第一层第i个的输入与输出值,N为第N次叠代值。
[0059] 进一步的,所述递回式小波艾尔曼神经网络第二层:隐藏层
[0060] 隐藏层的输入输出如下:
[0061]
[0062]
[0063] 与 分别为第二层第j个的输入与输出值;小波函数的相关平移和扩张参数分别为aj和bj,Wij、Wkj和Wlj分别是输入神经元与隐藏神经元、上下神经元与隐藏神经元、输出反馈神经元与隐藏神经元的连接权重,输入层、上下层和输出反馈层的激活强度的总和用θj表示:
[0064]
[0065] 选择高斯函数φ(x)的一阶导数作为墨西哥帽小波函数,
[0066] φ(x)=(1-x2)exp[-(1/2)x2]
[0067] 进一步的,所述第三层:上下层
[0068]
[0069] 与 分别为第三层第k个的输入与输出值,α是自连接反馈增益。
[0070] 进一步的,所述第四层:输出反馈层
[0071] 输出反馈层神经元是具有exp(-x2)形式激活功能的非线性神经元,具有更高的学习效率,第四层的节点输入和输出表示如下:
[0072]
[0073]
[0074] 与 分别为第四层第l个的输入与输出值, 为第五层的输出。
[0075] 进一步的,所述第五层:输出层
[0076]
[0077] 与 分别为第五层第o个的输入与输出值,Wjo是隐藏层与输出层之间的连接权值,设为1, 是递回式小波艾尔曼神经网络的输出,是提出这种方法的控制力。
[0078] 进一步的,所述 和ωr为发电机的参考转速与实际转速,e为转速响应的误差。
[0079] 进一步的,所述族群更新通过以下公式更新:
[0080]
[0081] Mi(t)和FITi(t)分别是第i粒子的质量函数和适应性函数,best和worst为族群的最大和最小适应值,分别表示为:
[0082]
[0083]
[0084] 本发明的有益效果:
[0085] 1、本发明递回式小波艾尔曼神经网络基于改良型引力搜索算法的递回式小波艾尔曼神经网络应用于韦尔斯涡轮机叶片角度及发电机之转速来达成波浪发电,可让具备高占比与高渗透率的再生能源并网发电的电力系统维持良好的动态特性与瞬时稳定度;
[0086] 2、本发明递回式小波艾尔曼神经网络比传统小波艾尔曼神经网络有更快的收敛速度,利用改良型引力搜索算法来搜寻递回式小波艾尔曼神经网络最优的学习速率。附图说明
[0087] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0088] 图1是本发明神经网络配置架构图。

具体实施方式

[0089] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
[0090] 基于改良型引力搜索方法的递回式小波艾尔曼神经网络,递回式小波艾尔曼神经网络包括五层神经网络配置,如图1所示,分别为输入层、隐藏层、上下文层、输出反馈层和输出层,z-1表示作为反馈单元的时间延迟。隐藏层的输出通过一个时间延迟循环到上下层。输出层的输出通过一个时间延迟循环到隐藏层,上下层通过另一个时间延迟循环。
[0091] 第一层:输入层
[0092]
[0093] 其中 与 分别为第一层第i个的输入与输出值,N为第N次叠代值。
[0094] 第二层:隐藏层
[0095] 各个神经元使用不同的小波函数集,通过不同的平移和扩张来显著的增加搜索空间。由于高斯函数的一阶导数与小波的相似性,将其作为母小波,在隐藏层中,每个节点从自身的小波函数中再产生一个小波,隐藏层的输入输出如下:
[0096]
[0097]
[0098] 其中 与 分别为第二层第j个的输入与输出值;小波函数的相关平移和扩张参数分别为aj和bj。同时,Wij、Wkj和Wlj分别是输入神经元与隐藏神经元、上下神经元与隐藏神经元、输出反馈神经元与隐藏神经元的连接权重。输入层、上下层和输出反馈层的激活强度的总和用θj表示:
[0099]
[0100] 此外,选择高斯函数φ(x)的一阶导数作为墨西哥帽小波函数。
[0101] φ(x)=(1-x2)exp[-(1/2)x2]
[0102] 第三层:上下层
[0103]
[0104] 其中 与 分别为第三层第k个的输入与输出值,α是自连接反馈增益。
[0105] 第四层:输出反馈层
[0106] 输出反馈层神经元是具有exp(-x2)形式激活功能的非线性神经元,具有更高的学习效率,第四层的节点输入和输出表示如下:
[0107]
[0108]
[0109] 其中 与 分别为第四层第l个的输入与输出值, 为第五层的输出。
[0110] 第五层:输出层
[0111]
[0112] 其中 与 分别为第五层第o个的输入与输出值。Wjo是隐藏层与输出层之间的连接权值,设为1, 是递回式小波艾尔曼神经网络的输出,是提出这种方法的控制力。
[0113] 递回式小波艾尔曼神经网络被初始化,基于梯度下降法的监督式学习被用来训练此网络系统,利用训练模式对递回式小波艾尔曼神经网络的参数进行调整,通过链规则的递归应用,首先计算出每层的误差项,能量函数E表示为:
[0114]
[0115] 其中 和ωr为发电机的参考转速与实际转速,e为转速响应的误差。网络的训练过程如下:
[0116] 第四层权值Wlj更新
[0117] 此层误差项的传递的计算如下:
[0118]
[0119] 而Wlj更新式子如下:
[0120]
[0121] Wlj(N+1)=Wlj(N)+η1ΔWlj
[0122] 其中η1是第四层权值Wlj的学习速率;
[0123] 第三层权值Wkj更新
[0124] 在第三层中,通过使用链规则,Wkj的更新法则为:
[0125]
[0126] Wkj(N+1)=Wkj(N)+η2ΔWkj
[0127] 其中η2是第三层权值Wkj的学习速率;
[0128] 第二层权值Wij更新
[0129] 在第二层中,通过使用链规则,Wij的更新法则为:
[0130]
[0131] Wij(N+1)=Wij(N)+η3ΔWij
[0132] 其中η3是第二层权值Wij的学习速率;
[0133] 平移和扩张参数分别为aj和bj的更新式如下:
[0134]
[0135]
[0136] aj(N+1)=aj(N)+ηaΔaj
[0137] bj(N+1)=bj(N)+ηbΔbj
[0138] 其中ηa和ηb为平移和扩张参数的学习速率。
[0139] 改良型引力搜索方法,即时线上即时调整学习速率(η1,η2,η3,ηa,ηb),优化递回式小波递回式小波艾尔曼神经网络,方法包括以下步骤:
[0140] 步骤一:初始化
[0141] 我们用 来定义第i个粒子的位置,其中 是第i个粒子的d维度值,族群大小为N。
[0142] 步骤二:适应性函数
[0143] 对于每个粒子,评估适合性值。为了计算适合度值,FIT为适应性函数的最适度计算式子。
[0144]
[0145] 步骤三:小波突变
[0146] 在小波变换的基础上,对族群中的向量进行了变异,得到了一个具有良好调谐特性的小波变异操作F,用莫莱小波作为小波的母代入下式:
[0147]
[0148] 步骤四:族群更新
[0149] 重心常数G是初始值G0与时间t的函数;它在开始时初始化,并随着时间减少以控制搜索的精度,如下所示:
[0150]
[0151] 其中α常数,Iter是叠代次数,Itermax是最大叠代次数
[0152] 重心和质量函数根据适应性评估计算,通过以下公式更新:
[0153]
[0154] Mi(t)和FITi(t)分别是第i粒子的质量函数和适应性函数。此外,best和worst为族群的最大和最小适应值,分别表示为:
[0155]
[0156]
[0157] 步骤五:计算不同方向的总力
[0158] 在计算了每一个粒子的质量之后,找到它们的加速度,因此,根据牛顿法则,对每一个物体施加的一组较重的质量所产生的总力计算如下:
[0159]
[0160] randj()是介于0-1之间的随机数,ε是一个小的常数。
[0161] 步骤六:加速度计算
[0162] 基于牛顿法则,加速度的计算如下:
[0163]
[0164] 其中,Rij(t)是两个粒子i和j之间的欧几里得距离。Kbest是前K个对象的集合,它们具有最佳适配值和更大的质量,K的值随着每次迭代而减小。
[0165] 步骤七:更新粒子的速度与位置
[0166] 为了更新粒子在优化方法中的位置,我们计算了每个粒子的速度,根据以下方程式计算每个粒子的速度和新位置:
[0167]
[0168] xi(t+1)=xi(t)+vi(t+1)
[0169] 其中,c1与c2是学习因子,rand1()与rand2()是两个介于0-1的随机数,pbest(t)和gbest(t)是个别和全域的最优值。
[0170] 步骤八:重复步骤二至七,直到达到停止标准。
[0171] 重复步骤2-7,直到最佳适应值明显改善或生成了一组迭代。选择适应性值最高的解决方案作为递回式小波艾尔曼神经网络的最佳学习速率。
[0172] 在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0173] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
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