[发明专利]基于数据驱动的燃料乙醇发酵罐早停止方法

权利要求书

1.一种基于数据驱动的燃料乙醇发酵罐的早停止方法，通过对不同时刻不同罐次的发酵罐中乙醇含量的历史数据进行数据建模，根据拟合得到的过程相关数据模型找到发酵的早停点，从而使发酵罐运行能够早停止；其中，数据建模所选取的过程数据为在不同罐次下不同发酵时间的乙醇含量(t,y)，以发酵时间作为自变量，乙醇含量作为因变量；其中自变量为发酵时间t，因变量为发酵罐中的乙醇含量y；

采集发酵罐样本数据，构建乙醇含量随时间的数据模型，假设建模数据有m个罐次，发酵时间点选取n个，那么相应地一共有m×n个数据样本点；根据多个罐次的训练数据样本对的离散分布情况，用连续曲线近似地刻画或比拟平面上离散点组所表示的坐标之间的函数关系，用解析表达式逼近离散数据；将残差平方和与adj.R²作为衡量模型拟合程度的指标，反应拟合结果的好坏，残差平方和越小越好，adj.R²越接近1越好；依此找到乙醇含量不再变化或不再显著变化的第一个点，即确定的早停点；按照该早停点对应的时间点，停止发酵罐的运行。

2.根据权利要求1所述的基于数据驱动的燃料乙醇发酵罐早停止方法，其特征在于，由采集到的发酵罐历史数据的分布情况，乙醇发酵模型采用二次多项式模型进行拟合，即用y＝ax²+bx+c进行拟合，实例中拟合出的乙醇发酵数学模型为

在此基准模型的基础上，引入对模型参数的约束参数λ，来限定参数的有效范围，使得各参数范围在[(1-λ)a,(1+λ)a],[(1-λ)b,(1+λ)b],[(1-λ)c,(1+λ)c]之间。

3.根据权利要求1所述的基于数据驱动的燃料乙醇发酵罐早停止方法，其特征在于，约束参数λ根据实际过程进行取值，取值范围±10％～±60％。

4.根据权利要求3所述的基于数据驱动的燃料乙醇发酵罐早停止方法，其特征在于，设定λ＝±30％，参数的有效范围是

a∈[-0.003458,-0.001862],b∈[0.243999,0.453141],c∈[1.74769,3.24571]；

当处于在线过程时，根据已经获得的数据点若想要预测早停点，则要在约束参数确定的有效参数范围内进行不断逼近，使得确定出的模型与真实值之间的误差最小；根据拟合出的数据模型，确定发酵罐的早停止时刻。

5.根据权利要求1所述的基于数据驱动的燃料乙醇发酵罐早停止方法，其特征在于，由采集到的发酵罐历史数据的分布情况，采用Boltzmann非线性曲线y＝A2+(A1-A2)/(1+exp((x-x0)/dx))进行拟合，拟合出的乙醇发酵数学模型为

残差平方和为7.26324，adj.R²为0.97831；在此基准模型的基础上，引入对模型参数的约束参数λ，来限定参数的有效范围，使得各参数范围在[(1-λ)A1,(1+λ)A1],[(1-λ)A2,(1+λ)A2]之间。

6.根据权利要求5所述的基于数据驱动的燃料乙醇发酵罐早停止方法，其特征在于，设定λ＝±30％，参数的有效范围是A1∈[3.233307,6.004713],A2∈[8.681225,16.122275]；当处于在线过程时，根据已经获得的数据点若想要预测早停点，则要在约束参数确定的有效参数范围内进行不断逼近，使得确定出的模型与真实值之间的误差最小；Boltzmann拟合函数在66时刻以后乙醇增长缓慢且增幅越来越低，确定出发酵罐的早停止的时刻在66小时。

7.根据权利要求1所述的基于数据驱动的燃料乙醇发酵罐早停止方法，其特征在于，由采集到的发酵罐历史数据的分布情况，采用DoseResp函数y＝A1+(A2-A1)/(1+10^((LOGx0-x)*p))进行拟合，拟合出的乙醇发酵数学模型为

残差平方和为7.26324，adj.R²为0.97831。

8.根据权利要求7所述的基于数据驱动的燃料乙醇发酵罐早停止方法，其特征在于，DoseResp拟合函数在66时刻以后乙醇增长缓慢且增幅越来越低，从65时刻到66时刻乙醇含量增幅接近0.00032，从66时刻到67时刻增幅接近0.00027。