[发明专利]一种数据驱动的烘丝水分控制回路性能评价与调整系统

摘要

本发明涉及一种数据驱动的烘丝水分控制回路性能评价与调整系统，包括历史数据采集模块、有效数据获取模块、环境温湿度聚类模块、聚类效果评价模块、综合评价值计算模块、性能评价模块以及控制器参数调整模块。本发明基于评价的结果还可指导后续控制参数的调整以保证控制回路的控制性能，通过对环境条件分类和数据驱动方法，对烘丝过程水分控制回路进行多属性综合评价，避免对对象进行数学建模的过程，充分利用过程采集的历史数据，结合多种评价指标进行控制回路的性能评价，并以此指导控制器参数的自调整，更容易推广。

主权项

1.一种数据驱动的烘丝水分控制回路性能评价与调整系统，其特征在于:包括：(1)历史数据采集模块：用于采集烘丝过程参数的历史运行数据，所述的历史运行数据至少包括烘丝过程环境温度、烘丝过程环境湿度、烘丝入口烟丝含水率、烘丝出口烟丝含水率以及批次启停信号；(2)有效数据获取模块：用于对所述的历史数据采集模块采集的数据进行预处理，包括数据的批次时间归属、截取有效数据段、筛选出生产过程稳定运行阶段的数据、剔除包含异常值或缺失值的异常批次数据，得到由烘丝过程环境温度、烘丝过程环境湿度、烘丝入口烟丝含水率和烘丝出口烟丝含水率组成的有效批次数据；所述的数据的批次时间归属，是将连续采集的数据按照各个批次的时间段进行归属，将无分组的数据划分为带有批次标签的数据段；所述的截取有效数据段，是根据各个批次的批次启停信号截取每个批次开始到批次结束这一段的有效数据；所述的筛选出生产过程稳定运行阶段的数据，是根据参数的稳态值上下限截取稳定生产过程的数据；所述的剔除包含异常值和缺失值的批次数据，是将明显不符合稳定生产过程的生产异常数据进行剔除；(3)环境温湿度聚类模块：用于对历史环境温湿度聚类，将预处理后的烘丝过程历史数据基于环境温度和湿度进行Canopy算法的预处理，获取聚类簇数k值与初始聚类中心；再用k均值聚类方法对历史数据进行环境温湿度的聚类，将历史数据分为k个簇类；(4)聚类效果评价模块：用于评价聚类效果，用轮廓系数评价聚类效果，确保分类结果最优；(5)综合评价值计算模块：用于计算不同簇类每个历史样本的综合评价值：选取绝对误差积分、最大输出偏差、回稳时间、出口烟丝水分方差与入口方差之比、出口烟丝水分方差5个控制回路性能评价属性指标，确定每个评价属性的最佳值与最差值，构造评价矩阵，采用TOPSIS多属性综合方法，分别计算不同簇类每个历史样本数据所对应的控制回路多属性综合评价值η；(6)控制性能评价模块：用于根据所述的综合评价值计算模块的综合评价值评价每一簇类的控制器性能，将各个样本的综合评价值按优、良、合格、不合格进行分类，并由此统计加权确定不同簇类的综合控制性能好坏；(7)控制器参数调整模块：用于调整性能评价差的控制器的控制参数，根据所述的控制性能评价模块所得的综合评价差的类与最好的类之间在各种评价属性上的差别，比较综合评价差的类与最好的类之间在5个不同评价属性上的差别，然后根据评价属性差值绝对值的大小顺序或是评价属性被企业关注的优先顺序，通过知识推理迭代调整综合评价差的类所对应的控制器参数，改善综合评价差的类别的属性指标值，从而根据烘丝外部环境的不同，分类设定不同的控制器参数，以确保在各种生产环境下控制器都能有好的控制性能；在比较综合评价差的类与最好的类之间在5个不同评价属性上的差别时，分别计算每类中所有样本5个评价属性的均值作为比较的标准，评价属性均值η_i(i＝1,2,3,4,5)越大，则该属性的控制性能越好；某种评价属性的均值η_i(i＝1,2,3,4,5)越小，则该属性的控制性能越差；所述的知识推理的迭代调整策略如下：Step1.按优先顺序从综合评价差的类的5个评价属性中选择一个待调整的控制性能评价属性；Step2.若选择的是绝对误差积分，确定综合评价差的类与最好的类之间绝对误差积分的差值绝对值是否大于最差类的绝对误差积分的10％；若是，减小积分时间，调整步长设置为原积分时间的10％～20％；否则，则暂不调整积分时间；Step3.若选择的是最大输出偏差，确定综合评价差的类与最好的类之间最大输出偏差的差值绝对值是否大于最差类的最大输出偏差的10％，若是，减小比例系数，调整步长设置为原比例系数的10％～20％；否则暂不调整比例系数；Step4.若选择的是回稳时间，则综合绝对误差积分和最大输出偏差的效果，若绝对误差积分的差值大，则按原积分时间的10％～20％作为调整步长，减小积分时间；若最大输出偏差的差值大，则按原积分时间的10％～20％作为调整步长，减小积分时间；若绝对误差积分和最大输出偏差的差值都不大，则按原比例系数的10％～20％作为调整步长，增大比例系数；Step5.若选择的是出口水分方差，则按原比例系数的10％～20％的调整步长减小比例系数进行改进；Step6.计算调整后的控制回路输出的各属性指标值，若其与最好类别对应属性差值在该类别属性值的10％以内，则认为调整后的控制性能达到了效果，调整过程结束；反之，则返回Step1，重复以上过程，直到各属性值差值达到设定的阈值范围以内。