基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的苜蓿固定深層太陽能干燥過程仿真

【摘要】： 鑒于苜蓿自然干燥營養(yǎng)成分損失大、產(chǎn)品質(zhì)量差,常規(guī)能源干燥成本高且污染環(huán)境,對苜蓿進行了自然天氣條件下的固定深層太陽能干燥試驗。由試驗結(jié)果分析可知,苜蓿固定深層太陽能干燥過程是一個高度復(fù)雜、非線性的過程,為實現(xiàn)干燥過程監(jiān)測管理的智能化與自動化,有必要解決干燥過程中苜蓿濕含量的預(yù)測問題。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的非線性映射能力和高度的并行信息處理能力,是解決非線性系統(tǒng)辨識的良好途徑。為此,論文提出將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于非線性太陽能干燥建模中。構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型時,將苜蓿固定深層太陽能干燥系統(tǒng)劃分為集熱器熱性能仿真系統(tǒng)、苜蓿表面溫度仿真系統(tǒng)和苜蓿濕含量預(yù)測系統(tǒng)等3個子系統(tǒng);建立了各子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型及太陽能干燥系統(tǒng)的整體模型。主要結(jié)論如下: (1)對自然天氣條件下的苜蓿固定深層太陽能干燥試驗研究結(jié)果表明,太陽能空氣集熱器出口氣流溫度隨輻射強度的增強而升高,且集熱器出口氣流溫度及溫升的變化滯后于太陽輻射變化,即存在延時現(xiàn)象;集熱器內(nèi)氣流速度對集熱器溫升的影響受氣候條件的制約。集熱器出口氣流溫度的回歸分析結(jié)果顯示,很難獲得具有普遍意義的集熱器出口氣流溫度與其影響因素間的通用回歸方程。 (2)苜蓿固定深層太陽能干燥過程呈現(xiàn)高度非線性,草層內(nèi)部不同部位苜蓿的干燥速率不同;苜蓿深層干燥過程中,沿氣流方向和垂直于氣流方向的截面上都存在溫度梯度。溫度梯度的大小、正負和變化趨勢以及廢氣溫度、廢氣相對濕度和介質(zhì)溫度、介質(zhì)相對濕度間的關(guān)系均能夠反映干燥進程。 (3)建立基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的集熱器熱性能仿真模型時,將對空氣集熱器熱性能有影響的太陽高度角、入射角和時角間的關(guān)系,統(tǒng)一用時角余弦cosω代替,稱其為時間因子;時間因子的引入簡化了網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu);試驗驗證結(jié)果表明,考慮時間因素cosω和太陽赤緯δ的太陽能空氣集熱器熱性能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測誤差小、訓(xùn)練速度快;對測試樣本的驗證結(jié)果屬于高度擬合、滿意預(yù)測;建立了不考慮空間信息和考慮空間信息的太陽能空氣集熱器出口氣流溫度仿真模型和空氣集熱器效率仿真模型,驗證結(jié)果表明,各網(wǎng)絡(luò)仿真結(jié)果均為高精度擬合、滿意預(yù)測或良好預(yù)測。 (4)在考慮了干燥過程中苜蓿濕含量是連續(xù)變化量、與初始濕含量和干燥時間有關(guān)等特點的基礎(chǔ)上,將時間序列因子引入輸入因子,建立基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的苜蓿表面溫度仿真模型。驗證結(jié)果表明,時間序列因子的引入豐富了網(wǎng)絡(luò)樣本的多樣性、提高了苜蓿表面溫度仿真模型的預(yù)測性能,降低了網(wǎng)絡(luò)輸出誤差;建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的含一維、二維和三維空間信息的單層和單日多層、多日多層苜蓿表面溫度仿真模型,預(yù)測效果均屬于高度擬合滿意預(yù)測,均等系數(shù)EC值大于0.97,平均絕對百分誤差mape值小于5.4% ;建立了苜蓿表面溫度梯度的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿真模型,模型對測試樣本的仿真結(jié)果EC值0.97以上,mape小于6%。建立沿氣流方向的溫度梯度仿真模型,對固定深層苜蓿太陽能干燥過程研究和管理意義深遠,有助于在線預(yù)測牧草干燥過程的進程,對干燥工藝的合理匹配提供參考依據(jù)。 (5)用單層、多層和多日試驗數(shù)據(jù)建立了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的牧草濕含量仿真模型,網(wǎng)絡(luò)性能達到較好擬合和良好預(yù)測。模型對測試樣本的仿真結(jié)果EC值大于0.90,mape值在25～34%之間,屬于可行預(yù)測。苜蓿濕含量多日連續(xù)模型性能良好,對測試樣本的仿真結(jié)果EC值大于0.93,mape值小于25%,屬于良好預(yù)測。 (6)建立了以太陽能集熱器熱性能仿真模型、苜蓿表面溫度仿真模型及苜蓿濕含量預(yù)測模型為3個子模塊的自然天氣條件下的苜蓿固定深層太陽能干燥系統(tǒng)的仿真模型。該模型的特點為:可以對不同季節(jié)、不同時刻的太陽能苜蓿干燥系統(tǒng)進行性能分析和在線預(yù)測。驗證結(jié)果表明,網(wǎng)絡(luò)預(yù)測效果良好,能夠較真實地反映太陽能苜蓿的動態(tài)干燥過程。 【關(guān)鍵詞】：苜蓿 干燥機理 太陽能干燥 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 仿真
【學位授予單位】：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：S541.9;S817.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-14
• 1 引言14-21
• 1.1 研究的目的及意義14-15
• 1.1.1 苜蓿的種植及營養(yǎng)價值14
• 1.1.2 苜蓿的飼用產(chǎn)品及其特殊用途產(chǎn)品14
• 1.1.3 苜蓿太陽能干燥及其仿真研究的意義14-15
• 1.2 國內(nèi)外太陽能干燥及仿真研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.1 國外太陽能干燥及仿真研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 國內(nèi)太陽能干燥及仿真研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在仿真建模研究中的應(yīng)用17-18
• 1.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在函數(shù)逼近中的應(yīng)用17
• 1.3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在過程仿真建模中的應(yīng)用17
• 1.3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在動態(tài)系統(tǒng)預(yù)測模型中的應(yīng)用17-18
• 1.4 存在的問題18-19
• 1.4.1 太陽能空氣集熱器熱性能仿真研究方面18
• 1.4.2 苜蓿太陽能干燥研究方面18-19
• 1.4.3 苜蓿深層干燥過程仿真研究方面19
• 1.5 研究內(nèi)容19-21
• 1.5.1 自然天氣條件下的苜蓿固定深層太陽能干燥試驗19-20
• 1.5.2 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的太陽能集熱器熱性能仿真研究20
• 1.5.3 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的苜蓿表面溫度仿真研究20
• 1.5.4 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的苜蓿濕含量在線預(yù)測模型的建立與研究20
• 1.5.5 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的太陽能干燥系統(tǒng)仿真模型的建立及驗證20-21
• 1.6 小結(jié)21
• 2 自然天氣條件下的苜蓿固定深層太陽能干燥試驗研究21-48
• 2.1 試驗設(shè)計21-25
• 2.1.1 試驗研究的目的21-22
• 2.1.2 試驗裝置及試驗指標22-25
• 2.2 試驗方案25-29
• 2.2.1 相關(guān)參數(shù)的測定及傳感器的布置27-28
• 2.2.2 試驗樣品及試驗時間、地點28-29
• 2.3 試驗結(jié)果分析29-44
• 2.3.1 太陽能集熱器熱性能試驗結(jié)果分析29-36
• 2.3.2 固定深層太陽能苜蓿干燥試驗結(jié)果分析36-43
• 2.3.3 苜蓿表面溫度及濕含量回歸分析43-44
• 2.4 苜蓿固定深層干燥機理分析44-48
• 2.4.1 干燥方式的分類與傳熱44-46
• 2.4.2 物料的固定深層干燥機理分析46-47
• 2.4.3 苜蓿固定深層太陽能干燥機理分析47-48
• 2.5 小結(jié)48
• 3 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的太陽能集熱器熱性能仿真研究48-73
• 3.1 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的仿真模型的實現(xiàn)48-55
• 3.1.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的優(yōu)點及其 MATLAB 實現(xiàn)48-51
• 3.1.2 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿真模型的建模思路及網(wǎng)絡(luò)性能評價指標51-55
• 3.1.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在集熱器熱性能仿真中的運用可行性分析55
• 3.2 太陽能集熱器熱性能影響因子分析55-58
• 3.2.1 太陽能輻射55
• 3.2.2 太陽能集熱器熱性能及其效率55-56
• 3.2.3 傾斜安裝集熱器太陽輻射及其影響因子56-58
• 3.3 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的集熱器熱性能仿真模型的建立58-62
• 3.3.1 網(wǎng)絡(luò)影響因素的確定、數(shù)據(jù)處理58-61
• 3.3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理61-62
• 3.4 時間因素對集熱器熱性能仿真模型的影響分析62-67
• 3.4.1 不考慮時間因素的集熱器仿真模型62-64
• 3.4.2 考慮時間因素的集熱器仿真模型64-67
• 3.5 集熱器出口氣流溫度仿真模型的建立67-72
• 3.5.1 不帶空間信息的集熱器氣流溫度及溫升仿真模型67-69
• 3.5.2 帶空間信息的集熱器出口氣流溫度仿真模型69-71
• 3.5.3 集熱器效率仿真模型的建立71-72
• 3.6 小結(jié)72-73
• 4 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的苜蓿表面溫度仿真研究73-91
• 4.1 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的苜蓿表面溫度仿真模型的建立73-77
• 4.1.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在苜蓿表面溫度仿真中的適用性分析73
• 4.1.2 苜蓿表面溫度仿真網(wǎng)絡(luò)影響因子的分析及網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建73-76
• 4.1.3 基于BP 網(wǎng)絡(luò)的仿真模型結(jié)構(gòu)設(shè)計及數(shù)據(jù)處理76-77
• 4.2 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的苜蓿表面溫度仿真研究77-91
• 4.2.1 沿氣流方向苜蓿表面溫度的仿真研究77-78
• 4.2.2 同一截面苜蓿表面溫度的仿真研究78-81
• 4.2.3 苜蓿表面溫度整體仿真研究81-86
• 4.2.4 苜蓿表面溫度多日連續(xù)仿真研究86-89
• 4.2.5 苜蓿溫度梯度仿真研究89-91
• 4.3 小結(jié)91
• 5 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的苜蓿濕含量仿真研究91-105
• 5.1 苜蓿濕含量影響因素分析及網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建92-94
• 5.1.1 苜蓿濕含量影響因素分析92
• 5.1.2 網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建92-94
• 5.2 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的苜蓿濕含量仿真研究94-104
• 5.2.1 基于BP 網(wǎng)絡(luò)的單層苜蓿濕含量仿真模型的建立94-97
• 5.2.2 基于BP 網(wǎng)絡(luò)的多層苜蓿濕含量仿真模型的建立97-99
• 5.2.3 基于ELMAN 網(wǎng)絡(luò)的多層苜蓿濕含量預(yù)測模型的建立99-101
• 5.2.4 基于BP 網(wǎng)絡(luò)的苜蓿濕含量多日連續(xù)仿真模型的建立101
• 5.2.5 基于RBF 網(wǎng)絡(luò)的苜蓿濕含量多日連續(xù)仿真模型的建立101-102
• 5.2.6 基于GRNN 網(wǎng)絡(luò)的苜蓿濕含量多日連續(xù)模型的建立102-104
• 5.2.7 不同網(wǎng)絡(luò)性能比較104
• 5.3 小結(jié)104-105
• 6 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的苜蓿太陽能干燥系統(tǒng)仿真模型的建立及驗證105-112
• 6.1 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的苜蓿太陽能干燥系統(tǒng)仿真模型的建立105-107
• 6.1.1 網(wǎng)絡(luò)模型性能要求105
• 6.1.2 網(wǎng)絡(luò)組成及結(jié)構(gòu)105-107
• 6.2 網(wǎng)絡(luò)性能的驗證107-111
• 6.2.1 網(wǎng)絡(luò)輸入輸出向量的選擇107
• 6.2.2 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練與測試結(jié)果107-111
• 6.3 小結(jié)111-112
• 7 結(jié)論與展望112-115
• 7.1 結(jié)論112-114
• 7.2 展望114
• 7.3 創(chuàng)新點114-115
• 致謝115-116
• 參考文獻116-121
• 作者簡介121-122
• 附錄Ⅰ 回歸分析與相關(guān)性分析數(shù)據(jù)(部分)122-128
• 附錄Ⅱ 仿真網(wǎng)絡(luò)樣本數(shù)據(jù)表128-132
• 附錄Ⅲ 試驗用各種儀器和傳感器的性能指標132-133

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多孔介質(zhì)對流干燥傳熱傳質(zhì)機理的研究及其數(shù)值模擬    陶斌斌

內(nèi)蒙古大青山地區(qū)孔茲巖系的巖石地球化學特征及原巖建造    趙慶英

模擬電路故障診斷神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合方法    蘆湘冬

獼猴桃的電學特性與無損檢測技術(shù)的研究    郭紅利

復(fù)合夾層板結(jié)構(gòu)動力特性研究    張海燕

基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油松人工林生長模型    徐步強;張秋良;彌宏卓;常亮;春蘭;吳彤;

基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的木材材質(zhì)檢測研究進展    管珣;趙茂程;

壓力傳感器在大型太陽能供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用    蘇偉達;吳允平;蔡聲鎮(zhèn);李汪彪;

苜蓿干燥技術(shù)進展研究    陳紅意;趙滿全;李萍;

東洞庭湖區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價與預(yù)警研究    陳望雄

基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油松人工林建模研究    徐步強

齒輪箱的減振降噪優(yōu)化設(shè)計方法研究    丁健

輻射板輔助熱泵系統(tǒng)理論與實驗研究    閆矛

紫花苜蓿熱風干燥特性及工藝參數(shù)優(yōu)化研究    陳紅意

苜蓿干草調(diào)制及質(zhì)量評定標準    張國芳,李潮流,岳俊芳

收獲期和干燥方法對苜蓿干草質(zhì)量的影響    高彩霞,王培

干燥方法對苜蓿草粉營養(yǎng)價值的影響    董寬虎,王常慧,牧原

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在資源與環(huán)境預(yù)測方面的應(yīng)用    鄔紅娟,林子揚,郭生練

干草干燥劑研究現(xiàn)狀及前景    胡耀高,王在明

苜蓿干草貯藏技術(shù)的研究現(xiàn)狀與進展    高彩霞

刈割期和曬制方法對苜蓿青干草粗蛋白和粗纖維含量的影響    孫京魁

苜蓿的營養(yǎng)與飼用價值    康愛民,龍瑞軍,師尚禮,魏小紅,孫娟

紅豆草和抗旱苜蓿產(chǎn)草量及其營養(yǎng)動態(tài)分析    吳自立;宋淑明;程平;

關(guān)于發(fā)展優(yōu)質(zhì)豆科草粉新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的若干問題    李毓堂

生物質(zhì)（秸稈）成型燃料燃燒動力學特性及液壓秸稈成型機改進設(shè)計研究    馬孝琴

二十二個紫花苜蓿品種生張早期的比較研究    楊培志

飼料中添加色素對南美白對蝦著色效果、免疫性能和肌肉品質(zhì)的影響    詹玉春

二十二個紫花苜蓿品種生長第二年的比較研究    王棟

22個苜蓿品種生長和品質(zhì)特性研究及綜合評價    鄭紅梅

制冷系統(tǒng)核心模型定性重構(gòu)及其簡化模型    王展

汽車空調(diào)系統(tǒng)數(shù)學模型及仿真    陳秀環(huán)

太陽能干燥系列講座(6) 谷物及農(nóng)副產(chǎn)品的太陽能干燥    張璧光;

幾種農(nóng)產(chǎn)品太陽能干燥方式    劉美鳳

簡易太陽能木材干燥室的介紹    許彩霞 ,寧煒

太陽能干燥物料設(shè)備概況    李云飛,于津壽

木材太陽能干燥技術(shù)的實踐與應(yīng)用    戰(zhàn)劍鋒,李鵬,陶毓博

簡易太陽能干燥箱    榮元慶;

地熱——太陽能干燥室溫室兼用裝置研究    邢丙丙,楊志華

微波干燥過程的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型    朱代根;

冷凍處理苜蓿根芽葉及其相對電導(dǎo)率和游離全氨基酸的變化    高寶蘭

不同苜蓿地方品種根系發(fā)育能力的評價與篩選    馬其東,高振生,洪紱曾,王培,孟維國

一種ANN逆模型建模方案及CT訓(xùn)練算法仿真研究    曲東才;

添加劑對苜蓿青貯品質(zhì)及奶牛產(chǎn)奶量的影響    王育青;趙青山;楊玉平;夏明;

不同茬次的三種苜蓿營養(yǎng)成分的研究    李敏;張寧;王燕;張永根;

苜蓿化感作用研究現(xiàn)狀及前景展望    高承芳;董曉寧;李文楊;張曉佩;

中國北方地區(qū)苜?？购匝芯窟M展    張哲;杜桂娟;楊姝;

綠汁發(fā)酵液的制備及其對苜蓿青貯品質(zhì)的影響    唐維新;王晶;周禾;

苜蓿青飼對波爾山羊生長性能及血液生理生化指標的影響    嚴學兵;劉圈煒;王成章;郭玉霞;

我國苜蓿病害研究進展    袁慶華;張文淑;

苜?？剐杂鷤M織誘導(dǎo)的初步研究    李波;李紅;王秀麗;于非;

苜蓿早春凍害(春凍)及其預(yù)防措施的探討    徐安凱;孫祎龍;

加拿大苜蓿灌溉    稿件由加拿大使館提供

阿合其農(nóng)場推行春麥套種苜蓿模式    通訊員付德強、王學君

苜蓿斑螟的發(fā)生與防治    

9820MF——多花苜蓿    北京

影響苜蓿干草品質(zhì)的因素    北京畜牧局 羅慧寧

亮苜2號——多葉苜蓿    陳素杰

苜蓿喂畜也要注意    王桂香

我們?yōu)槭裁催x擇苜蓿    歐錫釗（中科創(chuàng)業(yè)總經(jīng)理）

禽豬牛都能沾苜蓿的光    省飼料工業(yè)協(xié)會 侯玉漂

我區(qū)苜?！按齼r而沽”俏市場    見習記者 陳若琳

基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的苜蓿固定深層太陽能干燥過程仿真    錢珊珠

深部開采高階段尾砂充填體力學與非線性優(yōu)化設(shè)計    劉志祥

PET探測器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位方法研究    戴雪龍

智能控制技術(shù)在煉鋼電弧爐中的應(yīng)用研究    馬戎

面向多智能體和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能控制研究    文敦偉

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)混沌加密算法及其在下一代互聯(lián)網(wǎng)安全通信中的應(yīng)用研究    劉年生

混沌理論在徑流預(yù)報中的應(yīng)用研究    丁濤

基于遺傳算法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)研究    吳大宏

蔬菜顏色質(zhì)量評價系統(tǒng)的構(gòu)建及應(yīng)用研究    劉靜波

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的冠心病證候診斷標準與藥效評價模型研究    杜文斌

混合動力電動汽車控制策略的仿真研究及優(yōu)化    襲著永

復(fù)雜系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模及仿真研究    章劍雄

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電路故障診斷的研究與實現(xiàn)    楊立儒

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的H型鋼粗軋工藝參數(shù)優(yōu)化研究    劉蘭蘭

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的振動主動控制研究    田鵬明

發(fā)動機裂解設(shè)備故障診斷技術(shù)的研究    姜宇

汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力特性的仿真研究    余樹洲

基于決策樹和遺傳算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究及應(yīng)用    邢遠凱

基于Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究    陳少華

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的月降水預(yù)報模型在洪澤湖的應(yīng)用研究    高寶建