[发明专利]基于PCA‑LSSVM的气分装置控制系统性能评估方法

摘要

本发明涉及基于PCA‑LSSVM的气分装置控制系统性能评估方法，包括以下步骤采用PCA方法对数据进行降维处理；把获得的主成分值通过最小二乘支持向量机进行训练并建模；通过所得的模型计算出性能指标的值作为评估结果。本发明利用PCA‑LSSVM方法建立系统模型，使用该模型进行控制系统的性能评估，从而不用求取控制系统的关联矩阵，减少了运算复杂度，提升了评估速度。

主权项

基于PCA‑LSSVM的气分装置控制系统性能评估方法，其特征在于包括以下步骤：采用PCA方法对数据进行降维处理；把获得的主成分值通过最小二乘支持向量机进行训练并建模；通过所得的模型获得性能指标值作为评估结果；通过η(d)的值的大小对当前控制器实际运行性能的好坏进行性能评价；将控制系统性能评估方法，应用到炼油厂气体分馏装置控制系统；所述把获得的主成分值通过最小二乘支持向量机进行训练并建模包括以下步骤：(3‑1)选择RBF作为核函数，并通过三步搜索法寻找正则化参数γ和核函数宽度ε；(3‑2)建立拉格朗日函数，求出拉格朗日乘子α与偏置量β，并将其代入控制系统的数学模型：y(x)=Σi=1kαiK(xi,xj)+β---(3)]]>其中K(xi,xj)为核函数，α∈αi；(3‑3)根据数学模型得到系统的方差：σe2=(y-βx)T(y-βx)n-1---(4)]]>其中，n为数据长度，x和y分别为输入样本和输出样本；(3‑4)根据求出的系统方差，计算性能指标其中为历史数据的期望输出方差；所述三步搜索法包括以下步骤：(4‑1)任意截取γ和ε的一段区间，构建参数对[γ，ε]；(4‑2)在γ和ε构成的二维平面上，找到中心点及其周围的8个点；根据均方误差最小准则选择一个点作为新的中心点；(4‑3)判断步长是否小于一个单位；如果不小于，则将步长减小一半，返回步骤(4‑2)；如果小于，则该中心点对应的参数γ、ε即为所得参数；所述采用PCA方法对数据进行降维处理包括以下步骤：(2‑1)选取气分装置控制系统的实时数据构成原始样本数据Xn×m，n为数据长度，m为输入变量个数，将Xn×m应用下式进行标准化处理：xij′=xij-x‾jsj---(1)]]>其中，xij表示Xn×m的数据，为第j项变量的平均值，为第j项变量的标准差；(2‑2)通过标准化后得到新矩阵，求取该矩阵的协方差矩阵,得出输出数据和输入数据之间的相关矩阵R，对相关矩阵R采用奇异值分解方法得到∑＝diag(λ1,λ2,...,λn),进而求出每个主元的方差和总的方差其中δi为方差，λi为特征值，n为数据长度；(2‑3)通过下式计算累积贡献率:CPV(k)=Σi=1kδiΣi=1nδi×100%---(2)]]>找出CPV(k)大于给定值的主元个数k，得到k维的主成分值；所述的通过η(d)的值的大小对当前控制器实际运行性能的好坏进行性能评价包含以下步骤：控制系统性能评估的指标η(d)的范围在[0,1]之间，越接近0表明系统当前的性能越差，表明系统有很大的提升空间；越接近1表明系统当前的性能越好；所述的性能评估方法，应用到炼油厂气体分馏装置控制系统中实施步骤包括：(1‑1)了解气分装置工业过程，寻找系统主要的控制回路，针对这些过程控制回路进行分析，分析控制器结构与特性，了解回路的历史最佳状态，并且需要保证这些回路在当前工况下平稳、安全的运行，为计算最优性能提供有力保障；(1‑2)气分装置工业生产过程运行时产生的现场实时数据通过集散控制系统采集到中央控制室，选定的回路均使用PID控制器，PID控制器的输入采用回路设定值r与现场实时数据y的偏差值，PID的输出u作为控制对象的输入，经集散控制系统发送到现场调节器，使达到控制目的，采集到的过程实时值被作为控制系统性能评估的重要数据来源；(1‑3)利用评估方法将采集到的过程实时值进行在线评估，评估结果形成曲线在计算机界面上显示，和历史的最佳曲线进行对比，进而现场工程师可以直观的看出评价效果，现场工程人员根据评价结果，进行控制器重新整定和及时查找其它原因，以保证控制系统高效的运行。