基于局部獨(dú)立成分概率分析的聚丙烯熔融指數(shù)軟測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于局部獨(dú)立成分概率分析的聚丙烯熔融指數(shù)軟測量方法。該方法首先選取影響熔融指數(shù)變化的關(guān)鍵變量作為輸入變量，以實(shí)驗(yàn)室分析所得的熔融指數(shù)值作為輸出變量。將聚丙烯生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)劃分為若干的操作工況，對每一個工況數(shù)據(jù)分別進(jìn)行獨(dú)立成分分析，建立相應(yīng)的獨(dú)立成分分析模型。然后，通過貝葉斯概率分析方法對不同工況下的信息進(jìn)行集成和綜合，實(shí)現(xiàn)對聚丙烯生產(chǎn)過程熔融指數(shù)的在線軟測量。相比目前的其它方法，本發(fā)明不僅可以大大提高聚丙烯生產(chǎn)過程熔融指數(shù)的預(yù)測精度，改善產(chǎn)品質(zhì)量，而且在很大程度上改善了軟測量方法對過程知識的依賴性，增強(qiáng)了操作員對過程的理解。
【專利說明】基于局部獨(dú)立成分概率分析的聚丙烯熔融指數(shù)軟測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化工生產(chǎn)過程軟測量建模和應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種基于局部獨(dú)立成分概率分析的聚丙烯熔融指數(shù)軟測量建模和在線檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚丙烯作為一種重要的材料，在很多工業(yè)中都有著非常廣泛的應(yīng)用，在該生產(chǎn)過程中，一個很重要的指標(biāo)是熔融指數(shù)。在實(shí)際過程中，該指標(biāo)的測量及其困難，目前常用的方法是通過實(shí)驗(yàn)室離線測量得到。相比在線的實(shí)時測量方法，熔融指數(shù)的離線測量往往需要1-2個小時的時間，這對于聚丙烯過程的閉環(huán)質(zhì)量控制來說是非常不利的。為了提高聚丙烯生產(chǎn)過程的自動化程度和產(chǎn)品質(zhì)量，通常需要對熔融指數(shù)進(jìn)行在線測量。軟測量方法通過對過程中容易測量的變量和熔融指數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行建模，利用該模型在線對熔融指數(shù)進(jìn)行估計(jì)，實(shí)時獲得熔融指數(shù)的在線值，能有效避免離線分析方法大時滯的缺點(diǎn)。但是，由于聚丙烯生產(chǎn)過程的復(fù)雜性，過程往往包含多個操作工況，這種情況下，傳統(tǒng)的單一工況建模方法通常難 以取得滿意的效果。通過對各個工況分別建模統(tǒng)計(jì)分析模型，然后在概率框架下對各個工況的信息進(jìn)行有效的集成，是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多工況生產(chǎn)過程軟測量的一個有效途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對多工況聚丙烯生產(chǎn)過程熔融指數(shù)預(yù)測的難點(diǎn)，提供一種基于局部獨(dú)立成分概率分析的聚丙烯熔融指數(shù)軟測量方法。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種基于局部獨(dú)立成分概率分析的聚丙烯熔融指數(shù)軟測量方法，包括以下步驟:
[0005](I)在各個操作工況下，通過集散控制系統(tǒng)和實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)收集聚丙烯生產(chǎn)過程關(guān)鍵變量的數(shù)據(jù)=X=Ixi e }^,2,...,η0其中，η為樣本個數(shù)，m為關(guān)鍵變量個數(shù)。分別將這些數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫，并選取部分?jǐn)?shù)據(jù)作為建模用樣本。
[0006](2)通過離線實(shí)驗(yàn)室分析獲取歷史數(shù)據(jù)庫中用于建模的樣本所對應(yīng)的熔融指數(shù)值，作為軟測量模型的輸出I e Rn。
[0007](3)將歷時數(shù)據(jù)集劃分為多個操作工況子數(shù)據(jù)集，即X= [X1;X2;…，X。]，C為聚丙烯生產(chǎn)過程操作工況的個數(shù)。
[0008](4)分別對關(guān)鍵變量和輸出變量進(jìn)行預(yù)處理和歸一化，使得各個過程關(guān)鍵變量和熔融指數(shù)的均值為零，方差為1，得到新的數(shù)據(jù)矩陣。
[0009](5)針對歸一化之后的各個操作工況數(shù)據(jù)，將過程的關(guān)鍵變量作為軟測量模型的輸入，熔融指數(shù)數(shù)據(jù)矩陣作為軟測量模型的輸出，建立局部獨(dú)立成分分析軟測量模型，將該模型參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫中備用。
[0010](6)收集新的過程數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行預(yù)處理和歸一化。
[0011](7)將歸一化之后的新數(shù)據(jù)分別輸入到各個獨(dú)立成分分析模型中，計(jì)算該實(shí)時數(shù)據(jù)對應(yīng)的局部熔融指數(shù)值。
[0012](8)通過貝葉斯推理方法計(jì)算當(dāng)前數(shù)據(jù)在各個操作工況下的后驗(yàn)概率值，并以概率權(quán)重對各個子工況模型得到的結(jié)果進(jìn)行集成和綜合，得到最終的熔融指數(shù)軟測量結(jié)果。
[0013]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明面向聚丙烯工業(yè)生產(chǎn)過程，通過對每一個操作工況下的關(guān)鍵變量和熔融指數(shù)之間的建立獨(dú)立成分分析模型，在局部范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)聚丙烯生產(chǎn)過程熔融指數(shù)的在線估計(jì)。然后，引入貝葉斯推理和概率分析方法對不同工況下的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集成和綜合，獲得最后的軟測量結(jié)果。此外，通過后驗(yàn)概率分析技術(shù)，本發(fā)明還可以獲取當(dāng)前數(shù)據(jù)的工況信息。相比目前的其它方法，本發(fā)明不僅可以大大提高聚丙烯生產(chǎn)過程的熔融指數(shù)軟測量效果，而且增強(qiáng)了操作員對過程的理解。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1聚丙烯生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖；
[0015]圖2本發(fā)明方法熔融指數(shù)在線軟測量結(jié)果；
[0016]圖3基于傳統(tǒng)PLS線性回歸模型的熔融指數(shù)在線軟測量結(jié)果；
[0017]圖4測試數(shù)據(jù)工況一后驗(yàn)概率分析結(jié)果；
[0018]圖5測試數(shù)據(jù)工況二后驗(yàn)概率分析結(jié)果；
[0019]圖6測試數(shù)據(jù)工況三后驗(yàn)概率分析結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明針對聚丙烯生產(chǎn)過程的熔融指數(shù)預(yù)測問題，通過過程中容易測量的關(guān)鍵變量，建立局部獨(dú)立成分概率分析和集成模型，用于該過程熔融指數(shù)的在線軟測量。
[0021]本發(fā)明采用的技術(shù)方案的主要步驟分別如下:
[0022]第一步:在各個操作工況下，通過集散控制系統(tǒng)和實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)收集聚丙烯生產(chǎn)過程關(guān)鍵變量的數(shù)據(jù):X={Xi e Rm}i=1，2，...，n。其中，η為樣本個數(shù)，m為關(guān)鍵變量個數(shù)。分別將這些數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫，并選取部分?jǐn)?shù)據(jù)作為建模用樣本。
[0023]第二步:通過離線實(shí)驗(yàn)室分析獲取歷史數(shù)據(jù)庫中用于建模的樣本所對應(yīng)的熔融指數(shù)值，作為軟測量模型的輸出I e Rn。
[0024]該步驟是為了獲取軟測量建模中的輸出變量，即熔融指數(shù)值。一般情況下，通過離線分析獲取熔融指數(shù)值往往需要數(shù)個小時，這也是為什么在聚丙烯生產(chǎn)過程中需要進(jìn)行軟測量的原因。通過過程中容易測量的變量對難以測量的熔融指數(shù)值進(jìn)行預(yù)測，極大地提高了熔融指數(shù)的預(yù)測實(shí)時性，對過程的產(chǎn)品質(zhì)量控制具有很大的幫助。
[0025]第三步:將歷時數(shù)據(jù)集劃分為多個操作工況子數(shù)據(jù)集，即X= [X1;X2;…，X。]，C為聚丙烯生產(chǎn)過程操作工況的個數(shù)。
[0026]第四步:分別對關(guān)鍵變量和輸出變量進(jìn)行預(yù)處理和歸一化，使得各個過程關(guān)鍵變量和熔融指數(shù)的均值為零，方差為1，得到新的數(shù)據(jù)矩陣集。
[0027]在歷史數(shù)據(jù)庫中對采集到的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，剔除野值點(diǎn)和明顯的粗糙誤差數(shù)據(jù)，為了使得過程數(shù) 據(jù)的尺度不會影響到監(jiān)測的結(jié)果，對不同變量的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行歸一化處理，即各個變量的均值為零，方差為I。這樣，不同過程變量的數(shù)據(jù)就處在相同的尺度之下，既而不會影響到后續(xù)的建模效果。[0028]第五步:針對歸一化之后的各個操作工況數(shù)據(jù)，將過程的關(guān)鍵變量作為軟測量模型的輸入，熔融指數(shù)數(shù)據(jù)矩陣作為軟測量模型的輸出，建立局部獨(dú)立成分分析軟測量模型，將該模型參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫中備用。
[0029]通過對子數(shù)據(jù)集{X。，YJc^2,..,C進(jìn)行獨(dú)立成分分析，可以得到:
[0030]XC=ACSC+EC
[0031]其中，S。為提取的獨(dú)立成分矩陣，Ac為混合矩陣，Ec為殘差矩陣。獨(dú)立成分S。和熔融指數(shù)Y。之間的回歸關(guān)系如下
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種基于局部獨(dú)立成分概率分析的聚丙烯熔融指數(shù)軟測量方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在各個操作工況下，通過集散控制系統(tǒng)和實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)收集聚丙烯生產(chǎn)過程關(guān)鍵變量的數(shù)據(jù):x= (Xi ∈ Rm}i==1,2,i,n，其中，n為樣本個數(shù)，m為關(guān)鍵變量個數(shù)，R為實(shí)數(shù)集；分別將這些數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫，并選取部分?jǐn)?shù)據(jù)作為建模用樣本； (2)通過離線實(shí)驗(yàn)室分析獲取歷史數(shù)據(jù)庫中用于建模的樣本所對應(yīng)的熔融指數(shù)值，作為軟測量模型的輸出y e Rn5 (3)將歷時數(shù)據(jù)集劃分為多個操作工況子數(shù)據(jù)集，即X=[X1;X2;…，X。]，C為聚丙烯生產(chǎn)過程操作工況的個數(shù)； (4)分別對關(guān)鍵變量和輸出變量進(jìn)行預(yù)處理和歸一化，使得各個過程關(guān)鍵變量和熔融指數(shù)的均值為零，方差為1，得到新的數(shù)據(jù)矩陣； (5)針對歸一化之后的各個操作工況數(shù)據(jù)，將過程的關(guān)鍵變量作為軟測量模型的輸入，熔融指數(shù)數(shù)據(jù)矩陣作為軟測量模型的輸出，建立局部獨(dú)立成分分析軟測量模型，將該模型參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫中備用； (6)收集新的過程數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行預(yù)處理和歸一化； (7)將歸一化之后的新數(shù)據(jù)分別輸入到各個獨(dú)立成分分析模型中，計(jì)算該實(shí)時數(shù)據(jù)對應(yīng)的局部熔融指數(shù)值； (8)通過貝葉斯推理方法計(jì)算當(dāng)前數(shù)據(jù)在各個操作工況下的后驗(yàn)概率值，并以概率權(quán)重對各個子工況模型得到的結(jié)果進(jìn)行集成和綜合，得到最終的熔融指數(shù)軟測量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于局部獨(dú)立成分概率分析的聚丙烯熔融指數(shù)軟測量方法，其特征在于，所述步驟5具體為:針對歸一化之后的各個操作工況數(shù)據(jù)，將過程的關(guān)鍵變量作為軟測量模型的輸入，熔融指數(shù)數(shù)據(jù)矩陣作為軟測量模型的輸出，建立局部獨(dú)立成分分析軟測量模型。通過對子數(shù)據(jù)集{X。，YcLnj進(jìn)行獨(dú)立成分分析，可以得到:
Xc=AcSc+Ec 其中，S。為提取的獨(dú)立成分矩陣，Ac為混合矩陣，Ec為殘差矩陣，C=1, 2.3…C，C為聚丙烯生產(chǎn)過程操作工況的個數(shù)；獨(dú)立成分S。和熔融指數(shù)Y。之間的回歸關(guān)系如下:
Q = (ScrSiT1SfY1.其中，Qc為獨(dú)立成分S。和熔融指數(shù)Y。之間的回歸關(guān)系，T表示轉(zhuǎn)置； 進(jìn)而得到過程關(guān)鍵變量X。和熔融指數(shù)Y。之間的回歸關(guān)系為: Yc=QfKWcXc=RcXc 其中，Q。為獨(dú)立成分S。和熔融指數(shù)Y。之間的回歸關(guān)系，T表示轉(zhuǎn)置，W。為獨(dú)立成分模型的分解矩陣，R。為軟測量模型的回歸矩陣；然后，針對提取出來的獨(dú)立成分矩陣，構(gòu)I /統(tǒng)計(jì)量并利用核密度估計(jì)方法給出其相應(yīng)的監(jiān)測統(tǒng)計(jì)限/,Li，針對殘差信息，構(gòu)造SPE統(tǒng)計(jì)量并計(jì)算其相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)限SPElim，。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于局部獨(dú)立成分概率分析的聚丙烯熔融指數(shù)軟測量方法，其特征在于，所述步驟7具體為:將歸一化之后的新數(shù)據(jù)分別輸入到各個獨(dú)立成分分析模型中，提取獨(dú)立成分信息，計(jì)算統(tǒng)計(jì)量的值，并得到實(shí)時數(shù)據(jù)對應(yīng)的局部熔融指數(shù)值，計(jì)算如下:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于局部獨(dú)立成分概率分析的聚丙烯熔融指數(shù)軟測量方法，其特征在于，所述步驟8具體為:通過貝葉斯推理方法計(jì)算當(dāng)前數(shù)據(jù)在各個操作工況下的后驗(yàn)概率值4 (c I x_)和Pspe (c I xnew)，計(jì)算如下:
【文檔編號】G06F19/00GK103902824SQ201410128990
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】葛志強(qiáng), 宋執(zhí)環(huán) 申請人:浙江大學(xué)