自适应算法在多孔介质气固相反应中的应用

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固相 反 应 化 工 产 品 的 开发 周 期 。
关 键 词 自适 应 算 法 气 固相 反 应 多孔 介 质
中图 分 类 号 T 23 P 7 文 献 标 识 码 A
动力学
文 章 编 号 1 0 — 3 ( 0 1 0 - 0 -3 0 03 2 2 1 ) 60 40 9 7
模糊 神经 网络 较 适合 解 决 具 有 不确 定 性 、 非
线 性等特 性 的 问题 。在 解决 问题 时 , 首先 要 建 立
模 糊神 经 网络模 型 , 者采 用模 糊 多层感 知神 经 笔 网络 。该 模型是 具 1 有输 入层 、 隐含 层和 1 个 3个
个 输 出层 的 5层 神 经 网络 】 。第 1层 为输 入 层 ,
其中 X =[: , , ] =[:Y, , … , Y, …, Y]k 12 …, :, = ,, 。
网络 的连 接权 值矩 阵 为 :
在 05 . L的 G F1型 高压 反 应 釜 中进行 月桂 C一
酸 甲 酯 的 乙氧 基 化 反 应 , 入 起 始 剂 月 桂 酸 甲 加
75 0
法 , 流 程如 图 1 示 。 其 所
式中
y— — 期 望 值 ; Y— — 实 际 输 出 值 。
网络 的激 活 函数选 用 高斯 函数 :
( )= x [一( 一 6 ep c ) / ]
式中
c —— 中心值 ;
6—— 宽 度 。 自适 应 模 糊 神 经 网 络 学 习算 法 的 步 骤 如 下 : a 以 c 6 为 中心 , 成 Ⅳ个 样本 ; . 。 生
每个节点 代表 经 过 预处 理 过 的输 入 变量 ; 2层 第 为隶属 函数 层 , 现 输 入 变 量 的模 糊 化 ( 隶 属 实 即 度 划分 ) 第 3层 为模 糊 规 则强 度 匹 配层 , 模 糊 ; 将
化 得到 的隶属度 两两 相乘 , 而形成 模糊 规则 库 , 从 它 的输 出代表 着模 糊 规 则 的强 度 ; 4层 为 归 一 第
化形 式为 :
月 ^,

d p/d t

=(南-P D 一 I J ) ” 4
式中
丘 —— 体系速 率常数 ; i—— 反应级 数 ; P ——体 系压 力 ;

Ⅳ —— 常数 。
了人工神经 网络和模糊控制 的优 点 , 利用人工 神经
2 建 立 模 糊 神 经 网 络
的 动 力 学 模 型 , 就 是 脂 肪 醇 与 环 氧 乙 烷 的 乙 氧 也
化层 , 完成 变量 的隶 属度求 和计算 ; 5层 为 反模 第 糊 化层 , 于实 现清 晰化 计算 , 用 即将模 糊规 则推 理 得 到的输 出变 量 的各 个 模糊 集 合 的隶 属 度 值 , 转 换 为输 出变量 的精确数 值 。 3 确 定 自适 应学 习算法 在构 建模糊 神 经 网络 初 始结 构 的基 础 上 , 需
糊 神 经神经 网络 。取 误 差 目标 值 为 0 0 00 01 . 0 0 ,
即 总 的 误 差 平 方 和 小 于 0 0 00 0 1时 可 以 认 为 . 0 0
根 据 测试结 果 确定 动力 学模 型为 :
0. 38 71 3 " 1 4. 61 4 0 9 32 4 8 5 5 。’ -
2 0 6
2 0 0
2 5
l0 2
8 3
2 3



50 8 50 0
4 0 7
4 O 3
4l O
50 0 40 5
4l 0
3O 8
34 0
1 4 l 5
l 6
l 7
l 8
20 4 20 3
2l 0
2O 0
1 95
l0 9 l5 7
训 练 , 表 1中 10C的 奇 数 号 数 据 样 本 训 练 模 取 7 ̄
最终结 果 为 :
0. 8 9 23 1 4. 61 5 0. 68 6 6 6 03 71 3 8 5 4 1 3 4 0. 46 66 95 0. 0 00 0 58 95 0 01
法。 然后 通 过 V 实现 算 法 , 将 乙氧基 化反 应 实验 数 据 与 计 算 结果 进 行 数 据 拟 合 。 通 过 系统 的 运行 和 C 并
测试 的结 果 分 析 来 看 , 模 型 可 以准 确 快速 地 确 定 实验 过程 中 的反 应 参 数 , 够有 效 地 缩 短 多孔 介 质 气 该 能
e .对 每个 样本 判 断是否 与 阈值相 差悬殊 , 若 是则 删 除该节 点 , 并转 向 b 若 没 有 可删 除 的结 点 , 则转 向 f ; f .结 束 。
4 实 验 方 案
设 网络要 存储 肘 个 不 同 的训 练样 本模 式对 :
{ X <Y ) ( 2 2 , , X ( l 1 , X <y ) … ( M<Y ) }
10 6
15 4
1 4O
2 6 2 7
2 8
2 9
3O
15 0 l0 0
9 0
8 2
8O
8 O 8 O
8 0
8 0
8 O

3 O 9
3O l
l 9
l5 8
l0 3
3 I
7 8
8 O

9 1 O 1 l
3 0 6
3 0 3 3l 0 2 0 9
W - l Y— ) =-( X k yk  ̄
网络 的性 能指 标评 价 函数 ( 差 函数 ) : 误 为
酯 10 , 铝 复 合介 孔 氧 化 物 催 化 剂 3 , 氧 乙 0g 镁 g环 烷 的加人 量 约为 5 左 右 , g 通过 循环 冷 却系 统 将反
应 控 制 在 10 10 温 度 下 反 应 , 录 反 应 时 间 7 、9 % 记
要 通过不 断 的学 习过 程 对结 点 进 行调 整 , 而得 从
基化 反应 , 即含 活泼 氢 的有 机 化 合 物在 催 化剂 的
作 用 下 与 环 氧 乙 烷 的 逐 级 加 成 反 应 , 反 应 原 理 其
为:
R H+ 2 X n C H

H 三 R ( H C 2 )H X C 2H 0
E丁 ,2丁 ( Y = 砉 , 1 1i 1 善 一) , 考 +
时 间/ i mn

和对应 体 系压 力值 , 实验 数 据记 录见 表 1 。
表 1 1 0 1 0 C温 度 下 体 系 压 力 变 化 数 据 记 录 7 、9  ̄
10 7 ℃/ P ka

76 0


自 动
化 及
仪 表
第 3 8卷
模型计 算结 果进 行 比较 , 合 曲线 分 别 如 图 2 3 拟 、
所 示 。 通 过 拟 合 曲 线 可 以看 出 , 模 型 能 够 真 实 该
5 结 束 语
该项研 究 可以使从 事化工 研究 的人员 从繁 杂 的数 据运算 中解脱 出来 , 多孔 介 质气 固相 反应 在 实验 之后 , 只需 将不 同时 刻所 对 应 的浓 度 或压 力 等数 据输入 到 系统 中 , 可 以马 上得 到反 应级 数 就
1 0(/ P 9 ̄ ka 2

时 间/ i mn
l 2
1 0(/ P 7" ka 2
2 0 8
10C k a 9  ̄/ P
2l 5
时 间/ n mi
2 4
10 7 ℃/ P ka
10 3
1 01/ P 9' ka 2
8 5

6 0 0
70 0
l 3
浓度 、 温度 以及催 化剂 等因素 对反应 速率 的影 响 。
多孔 介质气 固 相反 应 的 动力 学 模 型 的建 立过 程 ,
是通 过分析 影 响反 应 速 率 的所 有 因素 , 反应 速 将 率表 示成 主要影 响因素 的数学模 型 。笔者 以脂 肪
醇聚 氧 乙烯 醚的反 应来建 立多孔 介质气 固相 反应
b 随机选 取样 本 。计 算适 应度 厂=1 E; . , /
c .按 照适应 度最 小原 则 , 出较优个 体 并修 选 改 权值 。∞ t o( o ) 其 中 o为学 习率 ; : + lt 一t , o o l
d 判 断 是 否 达 到 最 大 学 习 次 数 , 果 是 则 转 . 如 向 e 否 则 转 向 b , ; 图 1 自适 应 模 糊 神 经 网适 应 模 糊 神经 网络 算法 所 确 定的动力 学参数 是准 确的 。

网络 已经训 练 成 熟 , 止 训 练 。选 择 偶 数 号 样 本 停 为检 验样本 , 对模 糊 神 经 网络 进 行 测试 。测 试 后
0.1+0.1 63 4 + 0 04 6 9 68 66 。 66 58 5

将 10C与 10 实 验 数 据 分别 与按 动 力 学 7 ̄ 9%
网络技术来 进行模 糊信息处理 , 可使 得模糊规 则的
自动提取及模糊隶 属 函数 的 自动 生成成为 可能 , 从
而使 系统成 为一种 自适 应 的模 糊 系统。笔 者将 利 用模糊神经 网络方 法建 立多 孔介 质气 固相 反应 的 自适应模糊神经 网络模 型 , 通过 自适应 学 习算法 对 反应过程 的反应参 数进 行求解 。 1 确 立多孔 介质气 固相反 应的 动力学模 型 反应动 力学 的任 务 是 研究 化 学 反 应 的速 率 、
到确 定 的网络结 构 , 到学 习 目标 达
, 系 统 中 本
采用 了一 种 改进 的 自适 应 模 糊 神 经 网络 学 习算
在整 个反应 过 程 中 , 时存 在 着 快速 质 子 交 同
换 反 应 , 于 随 着 环 氧 乙 烷 与 脂 肪 醇 醚 反 应 的 进 由 行 , 系 压 力 不 断 变 化 , 以 反 应 动 力 学 模 型 的 简 体 所
20 9
20 7 2O 5 20 3
2 0
21 2 2 2 3
10 7
l0 6 10 5 10 4
lO 2
lO 0 9 5 9 0
3 2
3 3 3 4 3 5
7 8
7 8 7 8 7 8
8 O
8 0 8 O 8 O
应 用 自适 应 模 糊 神经 网络 学 习算 法 , 用 实 采 验得 到 的训 练集 数据 对建 立 的模 糊神经 网络进 行
在精细 化工诸 类产品的研制和开 发中 , 多孔介 质气 固相反应过 程的 反应级 数 和反应 速 率常数 的 确定 常采用 积分法和微分法 , 积分 法适合 级数是整 数 的反应 ; 分 法 不仅 可 以处理 级 数 是 整数 的反 微
应 , 可以处 理级数为小数 的反应 。其 中微 分法可 也 以避 免反应产物 的 干扰 , 应性 较好 , 数据处 理 适 但 费时 , 而且误差较 大… 。模 糊神经网络有机地结 合
收稿 日期 2 1 - 11 ( 改稿 ) 0 1 —8 修 0
基 金项 目 : 龙 江 省科 技 攻 关 计 划 项 目( Z 8 0 ; 龙 江 黑 G 0 A17) 黑
省 教 育 厅 科 技 项 目( 4 4 0) 15 10 1
第 6期

蕊等. 自适 应算 法 在 多 孑 介 质 气 固相 反 应 中 的应 用 L
74 0
化 工 自 动 化 及 仪 表
第3 8卷
自适 应 算 法在 多 子 介 质 气 固 相 反 应 中 的 应 用 L
耿 蕊 张 银 霞 于 晓敏
( 齐 哈 尔 大学 计 算 中心 , 齐 黑龙 江 齐 齐 哈 尔 1 10 ) 6 06
摘 要 在 多孔 介 质 气 固相 反 应 动 力 学 实验 模 型 的基 础 上 , 用 模 糊 神 经 网 络 技 术 确 立 自适 应 学 习 算 运
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