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赵小强,柳勇勇,惠永永,刘凯
摘要: 为了提高时域卷积网络(Time-domain Convolutional Network, TCN)在批量大小变化时训练的稳定性,解决间歇过程质量预测在捕捉长期依赖性和全局关联性上存在不足而导致出现预测准确度不高的问题,文中提出了一种批量组规范化(Batch Group Normalization,BGN)和Mish激活函数改进残差结构的时域卷积网络与多头自注意力机制(Batch Group Normalization and Mish activation function-enhanced residual structure for a Time-domain Convolutional Network with Multi-head Self-attention, BMTCN-MHSA)的间歇过程质量预测模型。首先,将间歇过程的三维数据展开为二维矩阵形式,并对数据归一化处理,再引入奇异谱分析法(Singular Spectrum Analysis, SSA)分解重构。然后,在时域卷积的残差部分融入BGN降低网络模型在批量大小变化时的敏感度,引入Mish激活函数提高模型的泛化能力,利用多头自注意力机制对序列中不同位置的特征信息进行关联和权重分配,进一步提取序列中的关键特征信息和相互依赖关系,以更好地捕捉间歇过程的动态特征。最后,使用青霉素仿真实验数据进行实验验证,实验结果表明,相较于时域卷积网络, BMTCN-MHSA模型的平均绝对误差(Mean Absolute Error, MAE)降低了56.86%,均方根误差(Mean Squared Error, MSE)降低了48.80%,决定系数(R-Squared, R2)达到了99.48%,这表明文中所提模型提高了质量预测的准确度。
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