وزارت علوم،تحقیقات وفناوری
دانشگاه علوم وفنون مازندران
پایان نامه
مقطع کارشناسی ارشد
رشته : مهندسی شیمی
عنوان : مدل سازی سینتیک خشک کردن چای با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی
استاد راهنما : دکتر حسین قنادزاده
استاد مشاور : دکتر بهروز عباسی سورکی
مرداد 1392
چکیده
چای امروزه یکی از پرطرفدارترین نوشیدنی ها در بین مردم جهان به خصوص ایران است به همین دلیل خشک کردنبرگ چای برای نگهداری طولانی مدت از ملزومات می باشد. در این تحقیق هم یک برگ چای وهم توده ای از آن مورد بررسی و خشک شدن قرار گرفتند. برگ سبز چای درمحدوده دمایی 35تا55 درجه سلسیوس وسرعت های5/0و7/0متربرثانیه هوای ورودی وبازه ی زمانی 0تا 140 دقیقه در یک فرآیند خشک کن بستر ثابت آزمایشگاهی خشک شد.بدین منظور،4 نمونه برای هر دما درنظر گرفته شد.درهرآزمایش وزن نمونه ها طی فرآیند خشک شدن به طور پیوسته ثبت می شود،تا زمانی که تغییرات جرم نمونه ها به صفر نزدیک شود.سینتیک خشک شدن چای مورد بررسی قرار گرفت و تأثیر پارامترهایی مثل دما و سرعت بر نرخ خشک شدن با رسم نمودارهایی نشان داده شده است .سپس فرآیند خشک کردن چای به روش شبکه های عصبی با چهار بردار ورودی (زمان،دما،سرعت و رطوبت) و یک بردار خروجی (نسبت رطوبت) مدلسازی شده است.این رویه برای توده ای از چای هم انجام گرفته است .نتایج به دست آمده از شبکه با داده های تجربی مقایسه شدند.بهترین نتیجه برای خشک کردن یک برگ چای توسط شبکه عصبی پس انتشار پیشخوربا الگوریتم آموزش لونبرگ-مارکوارت وتابع فعالسازی تانژانت سیگموئیدبا چهارنرون ورودی و یازده نرون در لایه ی پنهان و یک نرون خروجی به دست آمد ودرصد خطای نسبی میانگین وضریب تعیین ومجذورخطای مربعات میانگین به ترتیب 30/1،9998/0 و 000084/0 می باشدو بهترین نتیجه برای خشک کردن توده ای از چای توسط شبکه ی عصبی پس انتشار پیشخور با چهار نرون ورودی و بیست نرون در لایه ی پنهان و یک خروجی و درصدخطاینسبی میانگین وضریب تعیین و مجذور خطای مربعات میانگینوخطای مربعات میانگین به ترتیب 42/5 ،9996/0 ،000082/0 و000170/0 به دست آمد که نشان دهنده ی دقت بالای شبکه عصبی است .
کلمات کلیدی: خشک کردن برگچای، شبکه عصبی پس انتشار پیشخور و پیشرو، الگوریتم لونبرگ–مارکوارت
عنوان صفحه
فهرست جداول……………………………………………………………………………………………………………………ز
فهرست تصاویر و نمودارها …………………………………………………………………………………………………ح
فهرست علائم اختصاری……………………………………………………………………………………………………..ک
فصل اول: مقدمه وکلیات تحقیق 1
1-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………….2
1-2 تاریخچه پیدایش چای………………………………………………………………………………………………….3
1-3 مشخصات گیاه شناسی………………………………………………………………………………………………….4
1-4 ترکیبات چای……………………………………………………………………………………………………………….5
1-5چگونگی پرورش چای در ایران……………………………………………………………………………………..5
1-6ارقام چای قابل کشت در ایران………………………………………………………………………………………6
1-7 کاشت چای………………………………………………………………………………………………………………….6
1-8عوامل مؤثر در رویش گیاه چای……………………………………………………………………………………..6
1-8-1درجه حرارت……………………………………………………………………………………………………………6
1-8-2 نور…………………………………………………………………………………………………………………………7
1-8-3میزان آب…………………………………………………………………………………………………………………7
1-8-4کود…………………………………………………………………………………………………………………………7
1-9برداشت محصول (برگ چینی)……………………………………………………………………………………….7
1-9-1انواع برداشت (چین)…………………………………………………………………………………………………9
1-9-2طول مدت برداشت (دوره برگ چینی )……………………………………………………………………….9
1-10نکاتی برای داشتن چای مطلوب…………………………………………………………………………………..11
1-11خشک کردن ……………………………………………………………………………………………………………13
1-11-1انواع چای بر حسب خشک شدن……………………………………………………………………………14
1-11-2روش های تولید چای…………………………………………………………………………………………….15
1-11-3مراحل خشک کردن چای در کارخانه……………………………………………………………………….16
1-11-3-1پلاس……………………………………………………………………………………………………………….16
1-11-3-2مالش………………………………………………………………………………………………………………18
1-11-3-3 تخمیر……………………………………………………………………………………………………………..19
1-11-3-4 خشک…………………………………………………………………………………………………………….19
1-12نحوه کار با خشک کن آزمایشگاهی…………………………………………………………………………….24
1-13شبکه عصبی مصنوعی……………………………………………………………………………………………….26
1-14بیان مسئله………………………………………………………………………………………………………………..27
1-15اهداف تحقیق…………………………………………………………………………………………………………..27
1-16مراحل انجام تحقیق………………………………………………………………………………………………….28
1-17ساختار تحقیق………………………………………………………………………………………………………….29
فصل دوم: ادبیات وپیشینه تحقیق 30
2-1پیشینه تحقیق……………………………………………………………………………………………………………..31
فصل سوم: روش تحقیق 36
3-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………..37
3-2تاریخچه پیدایش شبکه های عصبی مصنوعی………………………………………………………………….37
3-3مزایای استفاده از شبکه های عصبی ……………………………………………………………………………..40
3-4شبکه عصبی چندلایه……………………………………………………………………………………………………41
3-4-1-1 الگوریتم پس انتشار خطا……………………………………………………………………………………..42
3-4-2 مدلسازی خشک کردن چای توسط شبکه عصبی پرسپترون………………………………………….44
3-4-2-1 انتخاب داده های ورودی به شبکه…………………………………………………………………………45
3-4-2-2 پیکربندی شبکه عصبی………………………………………………………………………………………..45
3-4-3توابع فعالسازی……………………………………………………………………………………………………….48
3-4-4توپولوژی………………………………………………………………………………………………………………..49
3-4- 5روش الگوریتم لونبرگ – مارکوارت ………………………………………………………………………..49
3-5 بررسی عملکرد شبکه………………………………………………………………………………………………….49 3-6 جمع بندی…………………………………………………………………………………………………………………50
فصل چهارم :محاسبات و یافته های تحقیق 52
4-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………..53
4-2 تأثیر متغیرها بر خشک شدن…………………………………………………………………………………………53
4-3نتایج حاصل از مدلسازی توسط شبکه عصبی پیشخور و پیشرو……………………………………….63
4-4 جمع بندی…………………………………………………………………………………………………………………84
فصل پنجم:نتیجه گیری و پیشنهادها 85
5-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………….86
5-2 نتایج تحقیق………………………………………………………………………………………………………………86
5-3 پیشنهادهایی برای تحقیقات آتی……………………………………………………………………………………87
مراجع 88
چکیده انگلیسی 93
فهرست جدول ها
4-1برخی از معادلات ترمودینامیکی……………………………………………………………………………………59
4-2میزان تغییرضریب نفوذبا افزایش دما………………………………………………………………………………60
4-3 معماری شبکه های عصبی مدل سازی شده برای یک برگ چای و توده ای از چای…………..62
4-4نتایج آنالیز شبکه پس انتشار پیشخور برای یک برگ چای با تعدادلایه های پنهان وتعداد
نرون های متفاوت درهرلایه دردماهاوسرعت های متفاوت هوای خشک کردن………………………..63
4-5نتایج آنالیز شبکه پس انتشار پیشرو برای یک برگ چای با تعدادلایه های پنهان وتعداد
نرون های متفاوت درهرلایه دردماهاوسرعت های متفاوت هوای خشک کردن………………………..65
4-6نتایج آنالیز شبکه پس انتشار پیشخور برای توده ای ازچای با تعدادلایه های پنهان وتعداد
نرون های متفاوت درهرلایه دردماهاوسرعت های متفاوت هوای خشک کردن………………………..67
4-7نتایج آنالیز شبکه پس انتشار پیشرو برای توده ای از چای با تعدادلایه های پنهان وتعداد
نرون های متفاوت درهرلایه دردماهاوسرعت های متفاوت هوای خشک کردن………………………..69
4-8 نتایج مراحل تست و آموزش……………………………………………………………………………………..81
4-9مقایسه بین نتایج شبکه عصبی با روابط تجربی………………………………………………………………82
4-10نتایج حاصل از دو نوع شبکه عصبی…………………………………………………………………………..82
فهرست تصاویر ونمودارها
1-1 گل چای کاملیا……………………………………………………………………………………………………………4
1-2 نمایی از یک شاخساره ……………………………………………………………………………………………….10
1-3نمایی ازدستگاه پلاس…………………………………………………………………………………………………..17
1-4نمایی از دستگاه مالش…………………………………………………………………………………………………..18
1-5 شمایی از خشک کن بستر سیال……………………………………………………………………………………23
1-6 نمونه برگ سبز چای…………………………………………………………………………………………………..25
1-7 عکس (الف) و نمای شماتیک (ب) خشک کن پیشتاز ساخته شده جهت انجام…………………28
1-8دستگاه سرعت سنج هوا……………………………………………………………………………………………….29
1-9ترازوی دیجیتال با سه رقم اعشار…………………………………………………………………………………..29
1-10دماسنج اشعه ای………………………………………………………………………………………………………..30
1-11آون (کوره) خشک کن……………………………………………………………………………………………….30
3-1 مدل نرون(دموث و بیل)………………………………………………………………………………………………41
3-2 طرحواره کلی از شبکه عصبی مورد استفاده…………………………………………………………………….44
3-3 تابع فعال سازی تانژانت سیگموئید………………………………………………………………………………..48
4-1 تغییرات کاهش وزن چهارنمونه با زمان خشک شدن در دمای 35 درجه و سرعت 0.7 متر برثانیه برای یک برگ چای …………………………………………………………………………………………………54
4-2 تغییرات کاهش وزن میانگین نمونه ها بازمان خشک شدن دردمای 35 درجه و سرعت0.7
متر برثانیه برای یک برگ چای…………………………………………………………………………………………….54
4-3 تغییرات کاهش وزن چهارنمونه بازمان خشک شدن در دمای 45 درجه و سرعت0.7 متربر
ثانیه برای یک برگ چای ……………………………………………………………………………………………………55
4-4 تغییرات کاهش وزن میانگین نمونه ها بازمان خشک شدن در دمای 45 درجه و سرعت0.7
متربرثانیه برای یک برگ چای…………………………………………………………………………………………….55
4-5 تغییرات کاهش وزن چهارنمونه بازمان خشک شدن در دمای 55 درجه و سرعت0.7 متر بر
ثانیه برای یک برگ چای……………………………………………………………………………………………………56
4-6 تغییرات کاهش وزن میانگین نمونه ها با زمان خشک شدن در دمای 55 درجه و سرعت0.7
متر برثانیه برای یک برگ چای……………………………………………………………………………………………56
4-7 تغییرات رطوبت (kg/kg) با زمان در سرعت 7/0 متر بر ثانیه برای یک برگ چای………………57
4-8 تغییرات نسبت رطوبت (بی بعد ) با زمان در سرعت 7/0 متر برثانیه برای یک برگ چای……….57
4-9تغییرات نسبت رطوبت (بی بعد)بازمان درسرعت های متفاوت ودردمای ثابت 35درجه برای
یک برگ چای…………………………………………………………………………………………………………………..58
4-10تغییرات ln(MR)بازمان در سرعت7/0 متر بر ثانیه ودر سه دمای متفاوت برای یک برگ چای…………………………………………………………………………………………………………………………………59
4-11 نمودارln(MR)برحسب زمان در دمای 35 درجه و سرعت 0.7متر بر ثانیه برای یک
برگ چای………………………………………………………………………………………………………………………60
4-12 نمودارln(MR)برحسب زمان در دمای 45 درجه و سرعت 0.7 متر بر ثانیه برای یک
برگ چای……………………………………………………………………………………………………………………….61
4-13 نمودارln(MR)برحسب زمان در دمای 55 درجه و سرعت 0.7متر بر ثانیه برای یک
برگ چای……………………………………………………………………………………………………………………….61
4-14 تغییرات رطوبت (kg/kg) با زمان برای توده ای از چای در سرعت 7/0 متربرثانیه……………67
4-15 تغییرات نسبت رطوبت (بی بعد) با زمان برای توده ای از چای در سرعت 7/0 متر
برثانیه ……………………………………………………………………………………………………………………………67
4-16 تغییرات رطوبت (kg/kg) با زمان برای توده ای از چای در سرعت1 متربرثانیه……………….68
4-17 تغییرات نسبت رطوبت (بی بعد) با زمان برای توده ای از چای در سرعت 1 متر
برثانیه……………………………………………………………………………………………………………………………..68
4-18 تغییرات نسبت رطوبت با زمان در دو سرعت متفاوت ودمای ثابت 55 درجه برای
توده ای از چای……………………………………………………………………………………………………………….69
4-19چگونگی یادگیری شبکهءFFBP برای یک برگ چای ،الگوریتم یادگیری LM ،تابع آستانه TANSIG با توپولوژی1-11-4………………………………………………………………………………………….74
4-20مقایسه نسبت رطوبت پیش بینی شده با نسبت رطوبت تجربی در مرحلهء آموزش
برای یک برگ چای……………………………………………………………………………………………………….75
4-21مقایسه نسبت رطوبت پیش بینی شده با نسبت رطوبت تجربی در مرحلهء ارزیابی برای
یک برگ چای……………………………………………………………………………………………………………….75
4-22مقایسه نسبت رطوبت پیش بینی شده با نسبت رطوبت تجربی در مرحلهءاعتبارسنجی
برای یک برگ چای……………………………………………………………………………………………………….76
4-23مقایسه نسبت رطوبت پیش بینی شده با نسبت رطوبت تجربی درکل مراحل برای یک
برگ چای………………………………………………………………………………………………………………………76
4-24 مقایسه نتایج داده های تجربی با خروجی شبکه عصبی برای یک برگ چای با تعداد
نرون های بهینه یازده در لایه پنهان…………………………………………………………………………………..77
4-25 چگونگی یادگیری شبکهءFFBP برای توده ای از چای ،الگوریتم یادگیری LM ،تابع آستانه TANSIG با توپولوژی1-20-4…………………………………………………………………………………………78
4-26مقایسه نسبت رطوبت پیش بینی شده بانسبت رطوبت تجربی درمرحلهء آموزش برای
توده ای از چای…………………………………………………………………………………………………………….79
4-27مقایسه نسبت رطوبت پیش بینی شده بانسبت رطوبت تجربی درمرحلهء ارزیابی برای
توده ای از چای……………………………………………………………………………………………………………..79
4-28مقایسه نسبت رطوبت پیش بینی شده با نسبت رطوبت تجربی در مرحلهء اعتبارسنجی
برای توده ای از چای…………………………………………………………………………………………………….80
4-29مقایسه نسبت رطوبت پیش بینی شده با نسبت رطوبت تجربی در کل مراحل برای
توده ای از چای……………………………………………………………………………………………………………80
4-30 مقایسه نتایج داده های تجربی با خروجی شبکه عصبی برای توده ای از چای با تعداد
نرون های بهینه بیست در لایه پنهان…………………………………………………………………………………81
4-31مقادیرMSEبرای یک برگ از چای باالگوریتم یادگیری LMوبرخی ازتوپولوﮊی های
شبکه FFBPو……………………………………………………………………………CFBP83
4-32مقادیرMSEبرای توده ای از چای باالگوریتم یادگیری LMوبرخی ازتوپولوﮊی های
شبکهFFBPو CFBP………………………………………………………………………………………………………83
برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.
:: بازدید از این مطلب : 32
|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0
عضو شوید
عضویت سریع
آمار مطالب
آمار بازدید
