基于混合核函数LS-SVM的厌氧发酵产气量预测模型研究
发布时间：2021-02-16 03:13
能源和环境的双重危机使大中型沼气工程成为发展绿色能源的焦点和关键点,利用该手段能够有效减少最主要的农业污染源——畜禽废物,其经济环境效益也不言而喻,而如何实现高效率则是重中之中。但厌氧发酵是一个极其复杂的微生物代谢过程,具有非线性和滞后性,由于缺少在线监测的先进设备或者设备价格昂贵,难以实现关键因素在线监测。严重制约了厌氧发酵系统的高效性和稳态性,难以实现进一步的优化和控制。因此,厌氧发酵高效和稳态作为科研设计和运行管理长期追求的目标,而产气量对提升其过程的稳定性和高效率又具有重要的指导作用,针对其滞后性而难以实现在线测量的问题,建立关于厌氧发酵产气量的预测模型就具有重要的意义。本文以实验室混合厌氧发酵系统为研究对象,基于厌氧发酵机理的理论,对影响因素进行数据采集与处理,并以MATLAB为工具引入灰色关联分析法,确定模型的输入变量,缩短模型训练所需要的时间。其次,应用机器学习中的BP神经网络和LS-SVM建立厌氧发酵产气量预测模型,得出在有限样本下,基于LS-SVM所建模型比BP神经网络具有较高的预测能力。然后对LS-SVM做更深一步的研究,用多项式核函数和高斯径向基核函数构建混合核函...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
厌氧发酵的过程图
明理工大学硕士学位论文.1.2 厌氧发酵反应的主要影响因素1、温度：影响微生物的一个相关因素就是温度，影响其生命活动的每一程。发酵系统微生物生态的演变过程取决于温度的改变,过高的温度会使微失去活性。根据微生物活动对温度的范围存在某种要求，温度的改变与微生酶的活性息息相关，最终体现在整个生物化学的反应速率，因而有机质被分速率取决于它，可以看出温度的改变对发酵产沼气的效率有显著的影响。温甲烷菌的影响如图 2.2 所示[43]：
物化参数和生理参数是与发酵产气过程相关的两类主要参数，物化、温度和氧化还原电位等已经开发出了相应的传感器能用于在线采集气过程具有重要影响的物化参数如挥发性脂肪酸（VFA）、生理参数如还没有对应的传感器，因此很难或无法实现在线测量，只能通过离线分获得。实验数据来源于，200mL 蒸馏水，100mL 厌氧污泥，5g 秸秆，0 mL，350mL，300ml 和 250mL 牛粪水四组实验在厌氧装置中由水浴制其温度在 35℃下发酵 40 天获取。其中，PH 值、ORP 由 NI 公司的数 USB-6009 分别连接 PH 电极--InPro3030、ORP1186 采集。其采集原 2.3 所示。其余参数 VFA、COD、氨氮、电导率和产气量不能或不易在只能通过离线分析，一般是 4 小时取样一次。VFA 用采用滴定法测定 采用快速密闭消解法测定，氨氮采用纳氏试剂光度法，电导率由电导，产气量用排水收集法测量，而本实验中温度基本保持不变，就不再做，获得 4 组数据，每组 198 小组。
【参考文献】：
期刊论文
[1]缓冲体系下餐厨垃圾厌氧消化产沼气动力学解析[J]. 唐天明,高树梅,陶雨蒙,徐磊,杨森林. 嘉兴学院学报. 2017(06)
[2]固含量对猪粪中温厌氧发酵产沼气及其动力学研究[J]. 范超,刘伟,苏小红,王欣. 黑龙江科学. 2017(08)
[3]当前畜禽养殖污染情况与治理措施[J]. 李祥,侯显耀,李卓昭,张凯,何泽民. 畜禽业. 2017(04)
[4]基于改进BP神经网络的厌氧发酵产气量预测模型[J]. 花亚梅,赵贤林,王效华,滕昆辰. 环境工程学报. 2016(10)
[5]一种多阶段发酵过程的联合加权支持向量机建模方法[J]. 于涛,刘笑梅,王建林,赵利强,李和平. 北京化工大学学报(自然科学版). 2016(04)
[6]基于原料组分的能源草厌氧发酵产气预测模型[J]. 胡克勤,李连华,孙永明,孔晓英,张毅,袁振宏. 新能源进展. 2016(02)
[7]基于不同核函数的某重力拱坝相关向量机模型精度比较[J]. 顾微,包腾飞,王慧,唐琪. 水电能源科学. 2015(06)
[8]基于LabVIEW与Matlab混合编程的厌氧发酵仿真系统[J]. 赵孝文,蒋继成,张丽芳. 自动化技术与应用. 2015(04)
[9]基于改进PSO的发酵过程同步串联混合建模[J]. 杨强大,张卫军,牛大鹏. 自动化学报. 2015(03)
[10]资源环境可持续发展视角下我国对外贸易发展问题探析[J]. 杨怡婷,王军. 经济研究导刊. 2015(05)
博士论文
[1]混合原料厌氧发酵产沼气动力学及工艺优化研究[D]. 谷士艳.沈阳农业大学 2015
硕士论文
[1]基于特征优化与混合核函数SVM的蓄电池SOH监测系统[D]. 刘微.华中师范大学 2017
[2]基于混合核函数的SVM及其应用研究[D]. 王立达.大连海事大学 2016
[3]多模型融合软测量方法研究与应用[D]. 章寅.兰州理工大学 2011
[4]不同种类生物质废物混合厌氧消化产气预测模型的研究[D]. 李娜.西南交通大学 2011
[5]发酵过程补料控制策略研究[D]. 范启亮.江南大学 2009
本文编号：3036048
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
厌氧发酵的过程图
明理工大学硕士学位论文.1.2 厌氧发酵反应的主要影响因素1、温度：影响微生物的一个相关因素就是温度，影响其生命活动的每一程。发酵系统微生物生态的演变过程取决于温度的改变,过高的温度会使微失去活性。根据微生物活动对温度的范围存在某种要求，温度的改变与微生酶的活性息息相关，最终体现在整个生物化学的反应速率，因而有机质被分速率取决于它，可以看出温度的改变对发酵产沼气的效率有显著的影响。温甲烷菌的影响如图 2.2 所示[43]：
物化参数和生理参数是与发酵产气过程相关的两类主要参数，物化、温度和氧化还原电位等已经开发出了相应的传感器能用于在线采集气过程具有重要影响的物化参数如挥发性脂肪酸（VFA）、生理参数如还没有对应的传感器，因此很难或无法实现在线测量，只能通过离线分获得。实验数据来源于，200mL 蒸馏水，100mL 厌氧污泥，5g 秸秆，0 mL，350mL，300ml 和 250mL 牛粪水四组实验在厌氧装置中由水浴制其温度在 35℃下发酵 40 天获取。其中，PH 值、ORP 由 NI 公司的数 USB-6009 分别连接 PH 电极--InPro3030、ORP1186 采集。其采集原 2.3 所示。其余参数 VFA、COD、氨氮、电导率和产气量不能或不易在只能通过离线分析，一般是 4 小时取样一次。VFA 用采用滴定法测定 采用快速密闭消解法测定，氨氮采用纳氏试剂光度法，电导率由电导，产气量用排水收集法测量，而本实验中温度基本保持不变，就不再做，获得 4 组数据，每组 198 小组。
【参考文献】：
期刊论文
[1]缓冲体系下餐厨垃圾厌氧消化产沼气动力学解析[J]. 唐天明,高树梅,陶雨蒙,徐磊,杨森林. 嘉兴学院学报. 2017(06)
[2]固含量对猪粪中温厌氧发酵产沼气及其动力学研究[J]. 范超,刘伟,苏小红,王欣. 黑龙江科学. 2017(08)
[3]当前畜禽养殖污染情况与治理措施[J]. 李祥,侯显耀,李卓昭,张凯,何泽民. 畜禽业. 2017(04)
[4]基于改进BP神经网络的厌氧发酵产气量预测模型[J]. 花亚梅,赵贤林,王效华,滕昆辰. 环境工程学报. 2016(10)
[5]一种多阶段发酵过程的联合加权支持向量机建模方法[J]. 于涛,刘笑梅,王建林,赵利强,李和平. 北京化工大学学报(自然科学版). 2016(04)
[6]基于原料组分的能源草厌氧发酵产气预测模型[J]. 胡克勤,李连华,孙永明,孔晓英,张毅,袁振宏. 新能源进展. 2016(02)
[7]基于不同核函数的某重力拱坝相关向量机模型精度比较[J]. 顾微,包腾飞,王慧,唐琪. 水电能源科学. 2015(06)
[8]基于LabVIEW与Matlab混合编程的厌氧发酵仿真系统[J]. 赵孝文,蒋继成,张丽芳. 自动化技术与应用. 2015(04)
[9]基于改进PSO的发酵过程同步串联混合建模[J]. 杨强大,张卫军,牛大鹏. 自动化学报. 2015(03)
[10]资源环境可持续发展视角下我国对外贸易发展问题探析[J]. 杨怡婷,王军. 经济研究导刊. 2015(05)
博士论文
[1]混合原料厌氧发酵产沼气动力学及工艺优化研究[D]. 谷士艳.沈阳农业大学 2015
硕士论文
[1]基于特征优化与混合核函数SVM的蓄电池SOH监测系统[D]. 刘微.华中师范大学 2017
[2]基于混合核函数的SVM及其应用研究[D]. 王立达.大连海事大学 2016
[3]多模型融合软测量方法研究与应用[D]. 章寅.兰州理工大学 2011
[4]不同种类生物质废物混合厌氧消化产气预测模型的研究[D]. 李娜.西南交通大学 2011
[5]发酵过程补料控制策略研究[D]. 范启亮.江南大学 2009
本文编号：3036048
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