專利名稱：基于關(guān)聯(lián)向量回歸模型的聚丙烯熔融指數(shù)在線檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工生產(chǎn)過(guò)程軟測(cè)量建模和應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種基于關(guān)聯(lián)向量回歸模型的聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程熔融指數(shù)軟測(cè)量建模和在線檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
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(guò)程中，一個(gè)很重要的指標(biāo)是熔融指數(shù)。在實(shí)際過(guò)程中，該指標(biāo)的測(cè)量及其困難，目前常用的方法是通過(guò)實(shí)驗(yàn)室離線測(cè)量得到。相比在線的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，熔融指數(shù)的離線測(cè)量往往需要1-2個(gè)小時(shí)的時(shí)間，這對(duì)于聚丙烯過(guò)程的閉環(huán)質(zhì)量控制來(lái)說(shuō)是非常不利的。為了提高聚丙烯生產(chǎn)過(guò)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(cè)量。軟測(cè)量方法通過(guò)對(duì)過(guò)程中容易測(cè)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(guò)程的復(fù)雜性，過(guò)程變量之間有的時(shí)候會(huì)表現(xiàn)出很強(qiáng)的非線性關(guān)系。在這種情況下，傳統(tǒng)的線性回歸如偏最小二乘(PLS)方法對(duì)熔融指數(shù)的軟測(cè)量難以達(dá)到滿意的效果。支持向量方法是近年來(lái)引入到工業(yè)過(guò)程建模領(lǐng)域的新方法，不僅能有效建立變量之間的非線性關(guān)系，而且能很好地避免傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的不足，因此，受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。之后，在支持向量機(jī)方法的基礎(chǔ)上，國(guó)外學(xué)者又提出了關(guān)聯(lián)向量機(jī)方法。相比原有的支持向量機(jī)方法，新的關(guān)聯(lián)向量機(jī)方法有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)(I)對(duì)核函數(shù)的形式不做任何限制；(2)建模過(guò)程中不需要交叉驗(yàn)證步驟；(3)能有效捕捉模型輸出變量的不確定信息?；谏鲜鰩讉€(gè)優(yōu)點(diǎn)，關(guān)聯(lián)向量機(jī)已經(jīng)開(kāi)始用于模式識(shí)別和機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域，但大部分都集中在分類問(wèn)題上。針對(duì)關(guān)聯(lián)向量機(jī)方法的回歸建模目前應(yīng)用還不是很多，特別是在工業(yè)過(guò)程建模領(lǐng)域，應(yīng)用就更少了。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程熔融指數(shù)預(yù)測(cè)的難點(diǎn)，提供一種基于關(guān)聯(lián)向量回歸模型的軟測(cè)量建模和在線檢測(cè)方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種基于關(guān)聯(lián)向量回歸模型的聚丙烯熔融指數(shù)在線檢測(cè)方法，其主要步驟分別如下( I)通過(guò)集散控制系統(tǒng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)收集聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程各個(gè)關(guān)鍵變量的數(shù)據(jù)U=Iui e RfflIi.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)，Ui為聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵變量。分別將這些數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，作為建模的樣本。(2)通過(guò)離線化學(xué)分析獲取歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中用于建模的樣本所對(duì)應(yīng)的熔融指數(shù)值，作為軟測(cè)量模型的輸出變量y e Rn，式中，y為熔融指數(shù)值，R為實(shí)數(shù)，η為樣本個(gè)數(shù)。(3)分別對(duì)步驟I獲取的關(guān)鍵變量和步驟2獲取的輸出變量進(jìn)行預(yù)處理和歸一化，使得各個(gè)過(guò)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)矩陣集為Iieirxm和yd(4)基于歸一化之后的輸入和輸出數(shù)據(jù)，建立關(guān)聯(lián)向量回歸軟測(cè)量模型，將該軟測(cè)量模型參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中備用。(5)在線采集聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程各個(gè)關(guān)鍵變量的數(shù)據(jù)，得到一個(gè)14維的數(shù)據(jù)向量Unew,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)直接輸入到關(guān)聯(lián)向量回歸軟測(cè)量模型中，獲得該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的熔融指數(shù)值。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過(guò)對(duì)聚丙烯過(guò)程的關(guān)鍵變量和熔融指數(shù)之間的非線性關(guān)系進(jìn)行建模，利用該過(guò)程中容易測(cè)量的變量對(duì)難以測(cè)量的熔融指數(shù)進(jìn)行軟測(cè)量，實(shí)現(xiàn)聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程熔融指數(shù)的在線估計(jì)。另外，本發(fā)明使用的關(guān)聯(lián)向量回歸模型還能進(jìn)一步提供熔融指數(shù)在線檢測(cè)中的不確定性信息，從概率意義上更為完整地給出了熔融指數(shù)在不同操作條件下的預(yù)測(cè)精度。
圖I是基于關(guān)聯(lián)向量回歸模型的熔融指數(shù)在線軟測(cè)量結(jié)果；圖2是基于傳統(tǒng)PLS線性回歸模型的熔融指數(shù)在線軟測(cè)量結(jié)果。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明針對(duì)聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程的熔融指數(shù)預(yù)測(cè)問(wèn)題，通過(guò)過(guò)程中容易測(cè)量的關(guān)鍵變量，利用關(guān)聯(lián)向量回歸模型建立其與熔融指數(shù)之間的關(guān)系模型，用于該過(guò)程熔融指數(shù)的在線軟測(cè)量。本發(fā)明基于關(guān)聯(lián)向量回歸模型的聚丙烯熔融指數(shù)在線檢測(cè)方法，其主要步驟分別如下第一步通過(guò)集散控制系統(tǒng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)收集聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程各個(gè)關(guān)鍵變量的數(shù)據(jù)=U=Iui e Γ} = 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)，Ui為聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵變量。分別將這些數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，作為建模的樣本。表I :聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵變量
權(quán)利要求
1.一種基于關(guān)聯(lián)向量回歸模型的聚丙烯熔融指數(shù)在線檢測(cè)方法，其特征在于，其主要步驟分別如下 (1)通過(guò)集散控制系統(tǒng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)收集聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程各個(gè)關(guān)鍵變量的數(shù)據(jù)U=Iui e Γ} = 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)，Ui為聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵變量。分別將這些數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，作為建模的樣本。
(2)通過(guò)離線化學(xué)分析獲取歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中用于建模的樣本所對(duì)應(yīng)的熔融指數(shù)值，作為軟測(cè)量模型的輸出變量y e Rn,式中，y為熔融指數(shù)值，R為實(shí)數(shù)，η為樣本個(gè)數(shù)。
(3)分別對(duì)步驟I獲取的關(guān)鍵變量和步驟2獲取的輸出變量進(jìn)行預(yù)處理和歸一化，使得各個(gè)過(guò)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)矩陣集為fjei 和V G R'1 O (4)基于歸一化之后的輸入和輸出數(shù)據(jù)，建立關(guān)聯(lián)向量回歸軟測(cè)量模型，將該軟測(cè)量模型參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中備用。
(5)在線采集聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程各個(gè)關(guān)鍵變量的數(shù)據(jù)，得到一個(gè)14維的數(shù)據(jù)向量unOT，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)直接輸入到關(guān)聯(lián)向量回歸軟測(cè)量模型中，獲得該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的熔融指數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于關(guān)聯(lián)向量回歸模型的聚丙烯熔融指數(shù)在線檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟(I)中，所述聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵變量包括第一反應(yīng)器的氫氣濃度、第二反應(yīng)器的氫氣濃度、第一反應(yīng)器的密度、第二反應(yīng)器的密度、三乙基鋁流量、二苯基二甲氧基硅烷流量、抗靜電劑流量、第一反應(yīng)器丙烯進(jìn)料、第二反應(yīng)器丙烯進(jìn)料、第一反應(yīng)器功率、第二反應(yīng)器功率、第二反應(yīng)器液位、第一反應(yīng)器溫度、第二反應(yīng)器溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于關(guān)聯(lián)向量回歸模型的聚丙烯熔融指數(shù)在線檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟(4)具體為基于過(guò)程的高斯噪聲假設(shè)，可以得到過(guò)程輸出變量(即熔融指數(shù))的條件概率分布為P (Y I u) =N (f (u，w), σ2),進(jìn)而得到完備數(shù)據(jù)的概率分布如下
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于關(guān)聯(lián)向量回歸模型的聚丙烯熔融指數(shù)在線檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟(6)具體為對(duì)于歸一化之后的新數(shù)據(jù)unOT，利用關(guān)聯(lián)向量回歸模型得到輸出變量的概率估計(jì)為
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于關(guān)聯(lián)向量回歸的聚丙烯工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程熔融指數(shù)在線檢測(cè)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，建立基于關(guān)聯(lián)向量回歸的軟測(cè)量模型。合理選取關(guān)聯(lián)向量回歸模型的參數(shù)，在輸入變量與輸出變量之間建立有效的非線性關(guān)系，通過(guò)聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程中容易測(cè)量的變量對(duì)較難測(cè)量的熔融指數(shù)進(jìn)行在線估計(jì)。該模型能有效用于指導(dǎo)生產(chǎn)，提高聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程熔融指數(shù)的預(yù)測(cè)精度，改善產(chǎn)品質(zhì)量。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102880809SQ201210387119
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月11日
發(fā)明者葛志強(qiáng), 宋執(zhí)環(huán) 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)