[发明专利]应用于连续搅拌反应釜中的批次运行轨迹和空间的调整方法

权利要求书

1.一种应用于连续搅拌反应釜中基于PLS模型的批次运行轨迹和空间的调整方法，其特征在于，包括：

建立间歇过程PLS模型；

确定出知识空间；

根据期望产品质量求取主元变量；

后续参考轨迹的表达方式；在间歇运行过程的采样时刻n，其之前的运行轨迹记为x₁∈R^1×Mn，n时刻之后的参考轨迹记为x₂∈R^1×M(N-n)；由反演得到的主元即可计算出轨迹，如下：

其中，D＝[D₁ D₂]＝t_newP^T，x₁为已发生的运行轨迹，而x₂为后续的参考轨迹；因此，有

x₁＝D₁+λ^TH₁ (4)

根据上式即可求解出λ，从而得到后续的参考轨迹如下：

x₂＝D₂+λ^TH₂ (5)

当式(4)有无穷多个关于λ的解时，后续参考轨迹x₂也具有无穷多个解，其调整空间取决于λ；但是，当式(4)无解时，即式(3)无法成立，也就是最终产品质量无法达到期望值，则参考轨迹的调整目标为使得式(4)两端表达式尽可能地小，从而求取λ的最优值，如下：

将得到的λ最优值代入到式(5)，即可得到后续的最优参考轨迹；

“建立间歇过程PLS模型；”具体为：

收集间歇生产过程历史批次中输入变量轨迹以及产品质量参数数据，并沿时间维度进行展开；

在该二维数据下，不同的参考轨迹对应不同的产品质量，然后建立该对应关系的PLS模型，如下：

式中，T、P、Q、E和F分别为主元、输入负荷向量、输出负荷向量、输入残差和输出残差；

“确定出知识空间；”中，该空间采用统计指标SPE和T2来定义，并计算出SPE和T2在一定置信度下的统计置信区间，该区间即定义了知识空间，将参考轨迹代入这两种统计指标中的计算结果必须在该空间内；

由模型反演得到的主元为一个空间，表示如下：

式中，t_new＝y_des(Q^TQ)^-1Q^T，S＝(T^TT)^1/2，G₂为SQ^T的左奇异矩阵中对应于后续参考轨迹的子矩阵，λ为一个可在知识空间中随机变化的向量，该向量决定了主元空间；

其中，连续搅拌反应釜中：进料物质A的浓度为C_A0，温度为T₀，流速为q，冷却液的温度为T_C0，流速为q_c，反应后物质A的浓度为C_A，反应釜温度为T；过程的第一原理模型为：

式中各变量以及其稳态范围如表1所示；

选择变量冷剂流量q_c，冷剂温度T_c，为操作变量，反应釜温度T为过程变量，组成输入矩阵X，选择反应釜中物质A的浓度C_A为输出质量变量Y；给定操作变量范围，反应釜温度范围为T^l≤T≤T^u，T^l＝430K，T^u＝450K，反应釜中A物质的浓度为在指定范围内改变冷剂流量q_c与温度T_c，得到50组产品；反应时间为20min，每2min作为一个采样时刻，从0时刻开始，共有11个采样时刻；则批次数I＝50，输入变量个数J＝3，时刻数K＝11，质量变量个数k＝1；用这50组数据建立PLS模型，潜变量个数A＝2；

表1 CSTR模型参数及稳态范围

设定输出期望值y_des＝0.08mol/L，即反应釜中A成分的浓度为0.08mol/L，在反应的第9min给一个故障，使物质A的进料浓度下降5％，故障持续时间为9min-20min。