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《哈尔滨工业大学》 2008年
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小波过程神经网络相关理论及其应用研究

李洋  
【摘要】: 本文在国家自然科学基金的资助下,将小波分析理论和过程神经网络模型相结合,提出小波过程神经网络的概念。小波过程神经网络以小波分析作为其理论基础,结合小波良好的局部化特性和过程神经网络能够处理时变信号的能力。小波分析理论在网络设计过程中帮助确定网络的拓扑结构和网络参数,为网络结构的确定提供理论依据,简化了网络的训练问题。小波的时—频局部化特性有利于处理非平稳的输入信号,而过程神经网络能够避免传统神经网络在大容量非线性时变系统的信号处理方面存在的不适应性。本文对小波过程神经网络模型及其相关理论进行深入分析和研究。在此基础上,将小波过程神经网络模型应用于航空发动机性能衰退预测中,为航空发动机性能衰退预测提供一种有效的方法。 论文提出连续小波过程神经元和离散小波过程神经元模型,给出常用的小波过程神经元的激励函数并与前馈过程神经网络的激励函数进行对比分析,给出小波过程神经网络模型的分类方式。 以小波分析理论中的连续小波变换、小波多分辨分析和小波框架为理论依据,提出三类小波过程神经网络模型——连续小波过程神经网络、多分辨小波过程神经网络和框架小波过程神经网络。首先,以连续小波变换为理论依据,采用连续小波函数作为过程神经网络的激励函数构建连续小波过程神经网络,给出基于正交基展开的学习算法和梯度下降的学习算法,对网络的隐层激励函数的选择、隐层节点的确定以及网络参数初始化三个难点问题作了深入的研究。根据连续小波过程神经网络中隐层基函数调节参数的不同,又提出一种小波基函数过程神经网络模型并给出学习算法。其次,以多分辨分析和正交小波分解为理论依据,采用正交小波和正交尺度函数共同作为过程神经网络隐含层激励函数,构建多分辨小波过程神经网络。利用多分辨分析逐层逼近的性质,给出多分辨小波过程神经网络的学习算法。作为多分辨小波过程神经网络的一种简化形式,采用正交尺度函数作为过程神经网络的激励函数构建多分辨尺度小波过程神经网络并给出学习算法。最后,以离散小波变换和小波框架为理论依据,提出框架小波过程神经网络模型并给出学习算法。本文还对上述网络模型及其学习算法的相关性能进行分析和仿真试验,针对小波过程神经网络模型对于不同类型信号的处理能力,给出三类小波过程神经网络模型的信号处理范围,为小波过程神经网络的实际应用提供指导。以上三类小波过程神经网络构成了小波过程神经网络完整的结构体系。 利用小波函数的可积性和紧支撑的性质,利用实变函数和泛函分析中函数空间和算子理论等性质特点,开展小波过程神经网络的性能分析研究。从理论上证明了小波过程神经网络解的存在性、小波过程神经网络的连续性、小波过程神经网络的逼近能力以及小波过程神经网络计算能力等定理。对学习算法的性能进行了分析,并对小波过程神经网络和前馈过程神经网络进行比较。小波过程神经网络所具有的性质是保证其对实际问题应用有效性的理论基础。 针对航空发动机状态监控问题的实际需求,本文将三类小波过程神经网络模型分别应用于航空发动机滑油金属含量、转子振动信号和排气温度裕度的趋势预测问题,实现了对特征不同的信号选取不同的网络模型进行预测。对于不同类型的预测信号,小波过程神经网络模型表现出良好的收敛性能和泛化能力。实际应用结果表明:相对于其它的神经网络,小波过程神经网络在处理时变问题以及对突变信号的捕捉及复现等方面具有独特的功能和广阔的应用前景。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TP183

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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2 左东广;周帅;张欣豫;;小波神经网络[J];四川兵工学报;2012年05期
3 黄孝文;白云;张弛;;基于自适应尺度小波网络的自动驾驶仪故障诊断研究[J];航天控制;2010年05期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
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2 雷达;基于智能学习模型的民航发动机健康状态预测研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 苏震;连晓峰;刘载文;王小艺;;基于过程神经网络的污水处理软测量模型及算法研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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6 秦远田;陈国平;张方;;二维分布动载荷识别的频域方法[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
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8 张玉洁;王法松;李宏伟;;基于ICA的AR序列叠加过程的分解与复原[A];第十二届全国信号处理学术年会(CCSP-2005)论文集[C];2005年
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10 王云;董增寿;卓东风;;基于图像纹理和结构特征的燃烧指数的高温低氧火焰燃烧稳定性识别[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(上册)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵武生;比特交织编码调制短波跳频通信系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 陈非;基于过程信息融合的旋转机械信息(火用)故障诊断研究[D];华中科技大学;2010年
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4 岑健;基于人工免疫系统的机组复合故障诊断技术研究[D];华南理工大学;2010年
5 杨红;污水生化处理的智能建模与优化控制策略应用研究[D];华南理工大学;2010年
6 沙丽荣;基于正交基神经网络的结构可靠性分析[D];吉林大学;2011年
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10 李睿;信用评估与信用卡欺诈侦测的智能决策系统研究[D];华南理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 崔树新;可重构动态集成测量方法研究[D];河南理工大学;2010年
2 朱志斌;基于金属材料的扰动磁场检测技术研究[D];南昌航空大学;2010年
3 樊碧波;基于全矢谱的故障预测关键技术研究[D];郑州大学;2010年
4 杨沐华;吉林石化公司装置年度停车大检修管理研究[D];大连理工大学;2010年
5 冯宇剑;螺旋桨脉动压力识别[D];大连理工大学;2010年
6 赵长生;滚动轴承故障特征增强方法与状态预测研究[D];大连理工大学;2010年
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8 王碧珺;基于小波分析的故障诊断方法在矿井提升机中的应用[D];辽宁工程技术大学;2009年
9 林冬梅;基于非线性动态PID神经网络的无刷直流电机控制系统设计[D];长沙理工大学;2009年
10 周桂珍;基于小波神经网络的异步电机故障诊断[D];湘潭大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 乔兆颖;;山东省GDP的时间序列分析[J];北方经济;2007年02期
2 黄忠明;吴志红;刘全喜;;几种用于非线性函数逼近的神经网络方法研究[J];兵工自动化;2009年10期
3 左磊;侯立刚;高大明;彭晓宏;吴武臣;;基于粒子群-小波神经网络的模拟电路故障诊断[J];北京工业大学学报;2010年03期
4 李晓白;崔秀伶;郎荣玲;;航空发动机性能参数预测方法[J];北京航空航天大学学报;2008年03期
5 吕永乐;郎荣玲;路辉;谈展中;;航空发动机性能参数联合RBFPN和FAR预测[J];北京航空航天大学学报;2010年02期
6 吴胜利;陈东峰;赵成显;薛方;;基于烧结过程各带迁移规律的烧结终点预报方法[J];北京科技大学学报;2009年09期
7 欧阳楷,邹睿,刘卫芳;基于生物的神经网络的理论框架──神经元模型[J];北京生物医学工程;1997年02期
8 罗静;钟佑明;;小波包时频分析方法的研究及应用[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2009年03期
9 王海江;王周龙;吴孟泉;王大鹏;姚付启;;一种最佳基小波包变换的影像融合研究[J];测绘科学;2009年05期
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 许廷发;GABOR小波神经网络算法及其在灰度图象目标识别中的应用研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
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7 金瑜;基于小波神经网络的模拟电路故障诊断方法研究[D];电子科技大学;2008年
8 韩爽;风电场功率短期预测方法研究[D];华北电力大学(北京);2008年
9 李美洲;门限及分数维协整分析及其在经济中的应用[D];暨南大学;2008年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张秀艳;基于神经网络的最优非线性滤波的研究[D];大庆石油学院;2003年
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3 林钢;基于数据挖掘的前向型神经网络在交通流时序预测中的应用[D];东南大学;2004年
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9 都崴崴;人工神经网络在广东省GDP预测中的应用研究[D];暨南大学;2006年
10 吴江淮;建筑物静态变形监测数据分析与处理[D];同济大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
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2 赵鸿图;刘云;;改进粒子群算法的小波神经网络语音去噪[J];计算机测量与控制;2013年10期
3 齐蓓;何怡刚;方葛丰;樊晓腾;;一种大规模模拟电路快速故障诊断新方法[J];计算机应用研究;2013年11期
4 郭荣斌;王绪飞;李中群;;基于神经网络的模拟电路快速故障诊断集群撕裂方法[J];计算机测量与控制;2014年04期
5 孙臣良;郑伟;赵涛;陈洪光;;基于数据挖掘和小波神经网络的航材消耗预测方法[J];海军航空工程学院学报;2014年03期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 陈世海;冲击地压电磁辐射前兆信息识别技术研究[D];中国矿业大学;2012年
2 汪剑鲲;日内股市数据的小波分形特征研究[D];首都经济贸易大学;2012年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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5 谭雄;基于FCF的房地产上市公司财务预警模型研究[D];武汉理工大学;2013年
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8 齐蓓;基于小波神经网络的大规模模拟电路故障诊断方法研究[D];湖南大学;2013年
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10 张林;基于小波和小波神经网络的机车牵引电机齿轮故障诊断系统的研究[D];华东交通大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 高丽娜;邱关源;;神经网络高精度权值的模拟电路实现[J];电子与信息学报;1993年05期
10 陈在;;神经网络:一种全新的多媒体技术[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);1993年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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7 曹建兵 李祖兵 特约记者 何天进 本报记者 于莘明;给导弹植入“神经网络”[N];科技日报;2005年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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5 杨文宇;利用状态函数导数的脉冲神经网络新算法[D];大连理工大学;2013年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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4 姜宇;发动机裂解设备故障诊断技术的研究[D];吉林大学;2012年
5 邢远凯;基于决策树和遗传算法的神经网络研究及应用[D];浙江大学;2010年
6 高宝建;基于神经网络的月降水预报模型在洪泽湖的应用研究[D];南京信息工程大学;2012年
7 陈少华;基于Hopfield神经网络控制系统的研究[D];山东科技大学;2010年
8 来建波;基于神经网络的路段行程时间预测研究[D];云南大学;2011年
9 闫超;基于BP神经网络的煤矿深埋硐室软岩流变参数反演分析[D];安徽理工大学;2011年
10 段成均;时滞神经网络稳定性分析[D];重庆交通大学;2011年
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