[发明专利]基于PPLS模型的青霉素发酵设计方法

说明书

本发明公开了一种基于PPLS模型的间歇过程产品设计方法。本发明一种基于PPLS模型的间歇过程产品设计方法，历史运行数据中，输入条件数据为X，产品质量参数为Y，期望产品质量参数为y_des，输入条件为x_pred，包括：根据历史运行数据和运行经验，选择用于建立模型的输入条件矩阵X和输出矩阵Y，建立PPLS模型；基于产品质量关于主元的条件概率分布，将期望产品质量参数作为产品质量的点估计，得到主元的点估计；基于主元关于操作轨迹的条件概率分布，使主元的估计等于由产品质量得到的点估计，从而估计出操作轨迹和操作空间。本发明的有益效果：本发明仅仅需要利用过程中现有的历史数据，即可进行产品的设计。

技术领域

本发明涉及间歇过程工艺条件设计领域，具体涉及一种基于PPLS模型的间歇过程产品设计方法。

背景技术

间歇过程中产品质量取决于初始条件、操作轨迹等，这些条件统称为输入条件。不同的输入条件对应不同的产品质量。因此，给定产品质量，如何得到输入条件一直是企业界和学术界的关注焦点。如何设计输入条件从而得到理想的产品质量的过程称为产品设计。

目前，实际工业过程中，常用的产品设计方法主要有三水平正交实验法以及响应曲面法等。其中，三水平正交实验法在保持其它变量不变的情况下，设计单个变量的不同变化，从而在去除其它变量的变化对产品质量影响的基础上，考察单变量对产品质量的影响，工作量大；响应曲面法能够实现多变量同时变化对产品质量的影响，但是如果变量过多，则可能导致实验设计复杂，实验结果不直观等问题。

随着计算机控制系统的普及以及传感技术的不断发展，工业过程中积累了大量的数据，不同的产品质量，不同的输入条件，这些构成了生产的知识空间。在该空间内，输入条件和产品质量满足一定的相关关系。如果能够合理利用该相关关系，那么产品设计的流程必然将得到大大简化。Jaeckle C M和MacGregor J F(详细参见文献：Jaeckle C M,MacGregor J F.Industrial applications of product design through the inversionof latent variable models[J].Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems,2000,50:199-210.)首先将偏最小二乘(Partial Least Squares，PLS)建模方法应用于产品设计中，PLS的目的是对输入条件和产品质量同时进行信息提取，并使两者信息的相关性达到最大。基于PLS模型的产品设计方法具有可视性好(设计结果可以在低维空间显示)，能够克服输入条件之间相关性的影响(提取的信息不相关)，实现方便等特点，因此，该方法得到了广泛的重视，并取得了显著的应用效果。

传统技术存在以下技术问题：

但是，PLS模型是一种投影模型，而实际工业过程数据存在很大的随机性，显然概率模型更适合用于描述输入条件和产品质量之间的相关性。另一方面，由于概率框架下，概率推理方法以及贝叶斯理论等方法能够很方便地引入，使得概率模型在处理工业实际问题，比如离群点、多采样率、数据缺失以及多模型扩展等方面，具有PLS模型无法比拟的优点。

发明内容