[发明专利]工业过程控制系统中不能直接测量的性能参数的在线数据驱动估计方法

摘要

工业过程控制系统中不能直接测量的性能参数的在线数据驱动估计方法，本发明涉及一种在工业过程控制系统中性能参数的数据驱动估计方法。本发明是要解决现有的工业过程控制系统中不能直接测量的性能参数依靠经验估计的方法可靠性低的技术问题。本方法：一、确定工业过程控制系统中可直接测量的物理量；二、在不能直接测量的性能参数y的一个退化周期内测量不同时刻不能直接测量的性能参数y及可直接测量的物理量的值并进行归一化处理，然后对构建的函数模型进行对数估计，再剔除冗余项，最后选择关键参数，得到工业过程控制系统中不能直接测量的性能参数y与运行时间的关系式。该方法适于对催化剂老化性能、配件老化、炉膛结渣的分析预测。

主权项

1.工业过程控制系统中不能直接测量的性能参数的在线数据驱动估计方法，其特征在于该方法按以下步骤进行： 一、确定工业过程控制系统中可直接测量的物理量，记为x₁，x₂，……，x_k，……，x_m；m为可直接测量的物理量的数目； 二、在不能直接测量的性能参数y的一个退化周期内，运行工业过程系统，按采样时间间隔为Δt分别离线测量不能直接测量的性能参数y在t＝0，t₁，t₂，……，t_k，……，t_n时刻的值y₀，y₁，y₂，……，y_k，……，y_n，同时分别记录t₁，t₂，……，t_k，……，t_n时刻各物理量x₁，x₂，……，x_k，……，x_m的值，得到 x_1，0′，x_1，1′，x_1，2′，……，x_1，k′，……，x_1，n′； x_2，0′，x_2，1′，x_2，2′……，x_2，k′，……，x_2，n′； ……， x_m，0′，x_m，1′，x_m，2′，……，x_m，k′，……，x_m，n′； 三、将x_1，0′，x_1，1′，x_1，2′，……，x_1，k′，……，x_1，n′； x_2，0′，x_2，1′，x_2，2′……，x_2，k′，……，x_2，n′； ……， x_m，0′，x_m，1′，x_m，2′，……，x_m，k′，……，x_m，n′；进行归一化处理；得到 x_1，0，x_1，1，x_1，2，……，x_1，k，……，x_1，n； x_2，0，x_2，1，x_2，2……，x_1，k，……，x_2，n； ……， x_m，0，x_m，1，x_m，2，……，x_m，k，……，x_m，n； 四、构建函数模型：其中f(t)＝ce^at+b，其中，y是不能直接测量的性能参数；t为不能直接测量的性能参数y在一个退化周期内的反应时间，t＝0时为反应开 始时； a、b、c是常量，且a＜0； p₁，p₂，……，p_m分别为可直接测量的物理量x₁，x₂，……，x_k，……，x_m的权重系数，该系数是与各循环无关的全局参数； 五、将步骤四中的f(t)＝ce^at+b进行离散化处理，得到f_k+1(t)＝(aΔt+1)f_k(t)-abΔt，再将其改写成f_k+1(t)＝-a_df_k(t)+b_d，其中，a_d＝-(aΔt+1)，b_d＝-abΔt，Δt为步骤二中的时间间隔； 再将改写成：其中y_k为t＝t_k时刻不能直接测量的性能参数y的值；y_k+1为t＝t_k+1时刻不能直接测量的性能参数y的值； 六、将步骤二得到的y₀，y₁，y₂，……，y_k，……，y_n及 x_1，0，x_1，1，x_1，2，……，x_1，k，……，x_1，n； x_2，0，x_2，1，x_2，2……，x_1，k，……，x_2，n； ……， x_m，0，x_m，1，x_m，2，……，x_m，k，……，x_m，n； 代入步骤五得到的离散型函数模型中，用基本最小二乘法或偏最小二乘回归法对a_d、b_d、p₁，p₂，……，p_j，……，p_m进行参数估计，得到a_d、b_d、p₁、p₂、……、p_j、……、p_m的具体值；七、对可测变量x₁，x₂，……，x_k，……，x_m用留一交叉检验法剔除其中存在的冗余项，得到变量记为x₁′，x₂′，……，x_n′，n≤m；与变量x₁′，x₂′，……，x_n′对应的权重系数记为p₁′、p₂′、……、p_j′、……、p_n′； 八、将步骤七得到的x₁′，x₂′，……，x_n′按照与其对应的权重系数p₁′、p₂′、……、p_j′、……、p_n′的绝对值由大到小顺序进行排列，然后将第一个和第二个可直接测量的物 理量进行留N交叉检验，得到均方根误差Re₁，然后逐次增加1个可直接测量的物理量进行留N交叉检验，得到均方根误差Re₂，Re₃，……，Re_n-1，将Re₁，Re₂，Re₃，……，Re_n-1进行比较找到最小的一个，将最小的均方根误差所对应的可直接测量的物理量作为最终的关键变量，即为x₁″，x₂″，……，x_r″；r≤n；与变量x₁″，x₂″，……，x_r″对应的权重系数记为p₁″、p₂″、……、p_j″、……、p_r″； 九、将步骤六计算得出的a_d、b_d及步骤八计算得出的x₁″，x₂″，……，x_r″及其对应的系数为p₁″、p₂″、……、p_j″、……、p_r″代入中；十、按a_d＝-(aΔt+1)，b_d＝-adΔt计算出a，b，再将t＝0时的y₀及x₁″，x₂″，……，x_r″所代表的可直接测量的物理量在t＝0时刻的值代入中计算得到c的值，再将a、b和c代入中，得到工业过程控制系统中不能直接测量的性能参数y与运行时间的关系式。