[发明专利]基于信息传递的间歇过程实时采样点阶段归属判断方法

摘要

基于信息传递的间歇过程实时采样点阶段归属判断方法涉及基于数据驱动的多元统计过程监控(MSPM)技术领域。本发明是在多阶段间歇过程故障检测基础上实现在线监控时实时采样点的阶段归属判断，提高监控性能。为了保证青霉素发酵过程安全稳定运行，同时为了提高现有青霉素发酵过程监控方法的有效性，对发酵过程批次数据进行分段建模是一种提高模型精度的有效手段。本发明主要针对青霉素发酵过程分段建模用于在线监控时对实时采样点如何准确选择对应阶段的监控模型问题，通过计算在线实时采样点与离线阶段划分获得的各聚类中心间的信息度，经过信息迭代输出稳定的阶段归属结果，指导在线监控时的模型选择。

主权项

基于信息传递的间歇过程实时采样点阶段归属判断方法，其特征在于，包括以下步骤：Ⅰ完成离线建模与阶段划分后，将整个过程批次划分为k个阶段，此时获得各聚类中心C_j,j＝1,2,…,k对应时刻的历史采样数据组成$exemplar{(x_{t_{C_1}},x_{t_{C_2}},...,x_{t_{C_k}})}^T;$Ⅱ在线监控时，随着生产过程的持续，实时采集当前时刻新的过程数据i＝1,2,…,n；Ⅲ计算i＝1,2,…,n与各聚类中心对应历史时刻数据j＝1,2,…,k之间的相似度实时采样点i＝1,2,…,n与各聚类中心对应时刻j＝1,2,…,k之间的相似度计算公式如下所示：$s(x_{new,t_i},x_{t_{C_j}})=-\left|\right|x_{new,t_i},x_{t_{C_j}}\left|\right|---\left(1\right)$其中，||·||为欧式距离；Ⅳ设定初始化参数；选取参考度为相似度的最大值$max\left\{s\left(x_{new,t_i},x_{t_{C_j}}\right),i=1,2,...,n,j=1,2,...,k\right\},$令当前迭代次数iter＝1，阻尼系数λ∈(0,1)，设定当迭代次数达到StallIter而结果保持不变或者达到最大迭代次数MaxIter时，终止程序；Ⅴ计算各聚类中心对应时刻数据j＝1,2,…,k对过程在线实时采样点i＝1,2,…,n的吸收度计算公式如下：其中，i,m＝1,2,…,n；j＝1,2,…,k且j≠m；Ⅵ计算过程实时采样点对各聚类中心对应时刻数据j＝1,2,…,k的归属度值：$A(x_{new,t_i},x_{t_{C_j}})=min\{0,R(x_{t_{C_j}},x_{t_{C_j}})+\underset{j}{\Σ}\{max(0,R(x_{new,t_m},x_{t_{C_j}}))\left\}\right\}---\left(3\right)$其中，i,m＝1,2,…,n；j＝1,2,…,k且j≠i,m≠k；Ⅶ迭代计算：每次迭代，吸收度R_i与归属度A_i为与上一时刻相应值的加权更新，此时迭代次数iter＝iter+1；更新公式如下所示：R_i′＝(1‑λ)×R_i+λR_i‑1   (4)A_i′＝(1‑λ)×A_i+λA_i‑1Ⅷ判断是否满足步骤Ⅳ中设定的终止条件，若满足则停止计算，不满足则返回步骤Ⅶ；Ⅸ迭代终止时，满足条件{R(t,k)+A(t,k)}的值达到最大的聚类中心C_i所在的阶段即为当前采样时刻所属的阶段，即当前采样时刻应该归于以C_i为聚类中心的过程阶段当中；Ⅹ直至过程结束，输出各实时采样点稳定的阶段归属判断结果。