基于提升獨(dú)立成分回歸分析模型的熔融指數(shù)軟測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于提升獨(dú)立成分回歸分析模型的熔融指數(shù)軟測量方法，該方法首先選取影響熔融指數(shù)變化的關(guān)鍵變量作為輸入變量，以實(shí)驗(yàn)室分析所得的熔融指數(shù)值作為輸出變量；采用提升學(xué)習(xí)算法，對(duì)建模數(shù)據(jù)集進(jìn)行多次重新采樣，構(gòu)造多個(gè)子數(shù)據(jù)集，分別針對(duì)每一個(gè)子數(shù)據(jù)集，建立獨(dú)立成分回歸分析模型；然后通過對(duì)不同子模型的信息進(jìn)行集成和綜合，實(shí)現(xiàn)對(duì)聚丙烯生產(chǎn)過程熔融指數(shù)的在線軟測量。本發(fā)明不僅可以提高聚丙烯生產(chǎn)過程熔融指數(shù)的軟測量估計(jì)精度，而且改善了軟測量模型的魯棒性。
【專利說明】基于提升獨(dú)立成分回歸分析模型的熔融指數(shù)軟測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化工生產(chǎn)過程軟測量建模和應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種基于提升獨(dú)立成分回歸分析模型的聚丙烯熔融指數(shù)軟測量建模和在線檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚丙烯作為一種重要的材料，在很多工業(yè)中都有著非常廣泛的應(yīng)用，在該生產(chǎn)過程中，一個(gè)很重要的指標(biāo)是熔融指數(shù)。在實(shí)際過程中，該指標(biāo)的測量及其困難，目前常用的方法是通過實(shí)驗(yàn)室離線測量得到。相比在線的實(shí)時(shí)測量方法，熔融指數(shù)的離線測量往往需要1-2個(gè)小時(shí)的時(shí)間，這對(duì)于聚丙烯過程的閉環(huán)質(zhì)量控制來說是非常不利的。為了提高聚丙烯生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度和產(chǎn)品質(zhì)量，通常需要對(duì)熔融指數(shù)進(jìn)行在線測量。軟測量方法通過對(duì)過程中容易測量的變量和熔融指數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行建模，利用該模型在線對(duì)熔融指數(shù)進(jìn)行估計(jì)，實(shí)時(shí)獲得熔融指數(shù)的在線值，能有效避免離線分析方法大時(shí)滯的缺點(diǎn)。但是，由于聚丙烯生產(chǎn)過程的復(fù)雜性，單個(gè)軟測量模型往往很難完全捕捉過程的全方位信息，因此，通常難以取得滿意的效果。提升學(xué)習(xí)方法是近年來自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，通過構(gòu)造多個(gè)數(shù)據(jù)模型，并對(duì)它們的結(jié)果進(jìn)行集成和綜合，往往能獲得比單位模型更好的分類和回歸效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)多工況聚丙烯生產(chǎn)過程熔融指數(shù)預(yù)測的難點(diǎn)，提供一種基于提升獨(dú)立成分回歸分析模型的熔融指數(shù)軟測量方法。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種基于提升獨(dú)立成分回歸分析模型的熔融指數(shù)軟測量方法，其特征包括以下步驟:
[0005](1)通過集散控制系統(tǒng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)收集聚丙烯生產(chǎn)過程關(guān)鍵變量的數(shù)據(jù):X=Ixi e RmI ^1,2,-,η?其中，η為樣本個(gè)數(shù)，m為關(guān)鍵變量個(gè)數(shù)，R為實(shí)數(shù)集。分別將這些數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫，并選取部分?jǐn)?shù)據(jù)作為建模用樣本。
[0006](2)通過離線實(shí)驗(yàn)室分析獲取歷史數(shù)據(jù)庫中用于建模的樣本所對(duì)應(yīng)的熔融指數(shù)值，作為軟測量模型的輸出I e Rn。
[0007](3)分別對(duì)關(guān)鍵變量和輸出變量進(jìn)行預(yù)處理和歸一化，使得各個(gè)過程關(guān)鍵變量和熔融指數(shù)的均值為零，方差為1，得到新的數(shù)據(jù)集。
[0008](4)針對(duì)歸一化之后的數(shù)據(jù)集，利用提升學(xué)習(xí)算法對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行重采樣，得到多個(gè)子數(shù)據(jù)集(XcJJa2,...，c，其中C為子數(shù)據(jù)集個(gè)數(shù)。然后,將過程的關(guān)鍵變量作為軟測量模
型的輸入，熔融指數(shù)數(shù)據(jù)矩陣作為軟測量模型的輸出，建立獨(dú)立成分分析軟測量模型，將該模型參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫中備用。
[0009](5)收集新的過程數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理和歸一化。
[0010](6)將歸一化之后的新數(shù)據(jù)分別輸入到各個(gè)獨(dú)立成分分析模型中，計(jì)算該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的熔融指數(shù)值。[0011](7)通過對(duì)各個(gè)子模型得到的結(jié)果進(jìn)行集成和綜合，得到最終的熔融指數(shù)軟測量結(jié)果。
[0012]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明面向聚丙烯工業(yè)生產(chǎn)過程，通過集成學(xué)習(xí)算法對(duì)建模數(shù)據(jù)集重采樣，得到多個(gè)新的子數(shù)據(jù)集，在局部范圍內(nèi)建立多個(gè)獨(dú)立成分回歸分析模型，實(shí)現(xiàn)聚丙烯生產(chǎn)過程熔融指數(shù)的在線估計(jì)。然后，對(duì)不同模型的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集成和綜合，獲得最后的軟測量結(jié)果。相比目前的其它軟測量方法，本發(fā)明不僅可以提高聚丙烯生產(chǎn)過程的熔融指數(shù)軟測量精度，而且增強(qiáng)了軟測量模型的魯棒性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1本發(fā)明方法熔融指數(shù)在線軟測量結(jié)果；
[0014]圖2基于單一獨(dú)立成分回歸模型的熔融指數(shù)在線軟測量結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明針對(duì)聚丙烯生產(chǎn)過程的熔融指數(shù)預(yù)測問題，通過過程中容易測量的關(guān)鍵變量，建立子獨(dú)立成分回歸分析和集成模型，用于該過程熔融指數(shù)的在線軟測量。
[0016]本發(fā)明基于提升獨(dú)立成分回歸分析模型的熔融指數(shù)軟測量方法，包括以下步驟:
[0017]第一步:在各個(gè)操作工況下，通過集散控制系統(tǒng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)收集聚丙烯生產(chǎn)過程關(guān)鍵變量的數(shù)據(jù):X={Xi e Rm}i=1，2，...，n。其中，η為樣本個(gè)數(shù)，m為關(guān)鍵變量個(gè)數(shù)，R為實(shí)數(shù)集。分別將這些數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫，并選取部分?jǐn)?shù)據(jù)作為建模用樣本。
[0018]第二步:通過離線實(shí)驗(yàn)室分析獲取歷史數(shù)據(jù)庫中用于建模的樣本所對(duì)應(yīng)的熔融指數(shù)值，作為軟測量模型的輸出I e Rn。
[0019]該步驟是為了獲取軟測量建模中的輸出變量，即熔融指數(shù)值。一般情況下，通過離線分析獲取熔融指數(shù)值往往需要數(shù)個(gè)小時(shí)，這也是為什么在聚丙烯生產(chǎn)過程中需要進(jìn)行軟測量的原因。通過過程中容易測量的變量對(duì)難以測量的熔融指數(shù)值進(jìn)行預(yù)測，極大地提高了熔融指數(shù)的預(yù)測實(shí)時(shí)性，對(duì)過程的產(chǎn)品質(zhì)量控制具有很大的幫助。
[0020]第三步:分別對(duì)關(guān)鍵變量和輸出變量進(jìn)行預(yù)處理和歸一化，使得各個(gè)過程關(guān)鍵變量和熔融指數(shù)的均值為零，方差為1，得到新的數(shù)據(jù)矩陣集。
[0021]在歷史數(shù)據(jù)庫中對(duì)采集到的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，剔除野值點(diǎn)和明顯的粗糙誤差數(shù)據(jù)，為了使得過程數(shù)據(jù)的尺度不會(huì)影響到監(jiān)測的結(jié)果，對(duì)不同變量的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行歸一化處理，即各個(gè)變量的均值為零，方差為I。這樣，不同過程變量的數(shù)據(jù)就處在相同的尺度之下，既而不會(huì)影響到后續(xù)的建模效果。
[0022]第四步:針對(duì)歸一化之后的數(shù)據(jù)集，利用提升學(xué)習(xí)算法對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行重采樣，得到多個(gè)子數(shù)據(jù)集Iyh=Hf其中C為子數(shù)據(jù)集個(gè)數(shù)。然后，將過程的關(guān)鍵變量作為軟測量模型的輸入，熔融指數(shù)數(shù)據(jù)矩陣作為軟測量模型的輸出，建立獨(dú)立成分分析軟測量模型，將該模型參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫中備用。 [0023]通過對(duì)子數(shù)據(jù)集{X。，y}。=^c進(jìn)行獨(dú)立成分分析，可以得到:
[0024]XC=ACSC+EC
[0025]其中，S。為提取的獨(dú)立成分矩陣，Ac為混合矩陣，Ec為殘差矩陣。獨(dú)立成分S。和熔融指數(shù)I之間的回歸關(guān)系如下[0026]
【權(quán)利要求】
1.一種基于提升獨(dú)立成分回歸分析模型的熔融指數(shù)軟測量方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)通過集散控制系統(tǒng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)收集聚丙烯生產(chǎn)過程關(guān)鍵變量的數(shù)據(jù):X=Ixi e，其中，η為樣本個(gè)數(shù)，m為關(guān)鍵變量個(gè)數(shù)；分別將這些數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫，并選取部分?jǐn)?shù)據(jù)作為建模用樣本； (2)通過離線實(shí)驗(yàn)室分析獲取歷史數(shù)據(jù)庫中用于建模的樣本所對(duì)應(yīng)的熔融指數(shù)值，作為軟測量模型的輸出y e Rn5 (3)分別對(duì)步驟I和步驟2得到的關(guān)鍵變量和輸出變量進(jìn)行預(yù)處理和歸一化，使得各個(gè)過程關(guān)鍵變量和熔融指數(shù)的均值為零，方差為1，得到新的數(shù)據(jù)集； (4)針對(duì)歸一化之后的數(shù)據(jù)集，利用提升學(xué)習(xí)算法對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行重采樣，得到多個(gè)子數(shù)據(jù)集{X。，YcL=U其中C為子數(shù)據(jù)集個(gè)數(shù)，然后，將過程的關(guān)鍵變量作為軟測量模型的輸入，熔融指數(shù)數(shù)據(jù)矩陣作為軟測量模型的輸出，建立獨(dú)立成分分析軟測量模型，將該模型參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫中備用； (5)收集新的過程數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理和歸一化； (6)將歸一化之后的新數(shù)據(jù)分別輸入到各個(gè)獨(dú)立成分分析模型中，計(jì)算該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的熔融指數(shù)值； (7)通過對(duì)各個(gè)子模型得到的結(jié)果進(jìn)行集成和綜合，得到最終的熔融指數(shù)軟測量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于提升獨(dú)立成分回歸分析模型的熔融指數(shù)軟測量方法，其特征在于，所述步驟4具體為:針對(duì)歸一化之后的各個(gè)子數(shù)據(jù)集，將過程的關(guān)鍵變量作為軟測量模型的輸入，熔融指數(shù)數(shù)據(jù)矩陣作為軟測量模型的輸出，建立獨(dú)立成分分析軟測量模型；通過對(duì)子數(shù)據(jù)集{X。，進(jìn)行獨(dú)立成分分析，可以得到:
Xc=AcSc+Ec 其中，S。為提取的獨(dú)立成分矩陣，Ac為混合矩陣，Ec為殘差矩陣。獨(dú)立成分S。和熔融指數(shù)y之間的回歸關(guān)系如下:
Qi=(SfSi)-1Sfy 進(jìn)而得到過程關(guān)鍵變量X。和熔融指數(shù)I之間的回歸關(guān)系為: J = QX-QtcWcXc=KcXc 其中，W。為獨(dú)立成分模型的分解矩陣，Rc為軟測量模型的回歸矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于提升獨(dú)立成分回歸分析模型的熔融指數(shù)軟測量方法，其特征在于，所述步驟6具體為:將歸一化之后的新數(shù)據(jù)分別輸入到各個(gè)獨(dú)立成分分析模型中，提取獨(dú)立成分信息，并得到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的局部熔融指數(shù)值yM，。，計(jì)算如下: Q =W Y
new, c c new
enew, c Xnewc
^new, c RcXnew 其中，Snew，。和enew，。為提取的獨(dú)立成分和殘差信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于提升獨(dú)立成分回歸分析模型的熔融指數(shù)軟測量方法，其特征在于，所述步驟7具體為:通過對(duì)各個(gè)子獨(dú)立成分回歸模型所得到的軟測量結(jié)果進(jìn)行集成和綜合，得到最終的聚丙烯生產(chǎn)過程熔融指數(shù)在線軟測量結(jié)果，計(jì)算如下:
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103902825SQ201410129021
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】葛志強(qiáng) 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)