基于改进的快速搜索聚类算法和高斯过程回归的催化重整脱氯前氢气纯度多模型建模方法

氢气是催化重整反应的重要副产物之一,建立氢气纯度软测量模型有助于指导生产。针对催化重整过程工况复杂多变、单一软测量模型难以满足精度要求,提出了一种基于改进的快速搜索聚类算法和高斯过程回归的多模型软测量建模方法。首先,针对快速搜索聚类算法中截断距离是由人为设定的问题,提出了一种截断距离确定方法。并用该改进算法对历史数据进行自动分类,建立各个数据子集的高斯过程回归模型,使各子模型在最大程度上反映不同工况点。然后,针对聚类后得到的带有类别标签的历史数据,建立类别辨识模型,与各子模型相结合,形成开关模式的组合模型。最后,将该建模方法应用于连续催化重整装置,建立了脱氯前氢气纯度的在线计算模型。结果表明,该多模型建模方法具有较高的预测精度,优于传统的单一模型,有一定的实用价值。     

基于EM算法的青霉素发酵过程多阶段融合建模

青霉素发酵过程具有明显的阶段特征,该特征从一些关键操作变量信息中能够得到反映.本文从反应过程的多个操作变量中,选取关键过程变量--冷水流加速率作为调度变量,并采用模糊C均值聚类算法对其进行分类,各聚类中心作为青霉素发酵过程的主要工况点;基于EM算法围绕不同工况点建立局部子模型,最后根据采样数据阶段特征的后验分布将各子模型融合.基于此方法采用Pensim仿真平台数据,能够辨识数据的阶段特征,并建立青霉素发酵过程的融合模型.仿真结果表明该模型具有较高的拟合精度,能对该发酵过程的主导变量进行比较精确的预测.     

基于Gath-Geva算法和核极限学习机的多阶段间歇过程软测量

间歇过程具有较强的非线性,多阶段、慢时变及批次间存在变化,采用单一预测模型不能反映间歇过程的多阶段特性及阶段间过渡特性。提出一种基于Gath-Geva聚类和核极限学习机（kernel extreme learning machine,KELM）的多模型软测量方法。首先采用主成分分析（principal component analysis,PCA）对输入做特征提取,然后利用Gath-Geva算法对间歇过程进行多阶段工况划分,根据生产工况特性划分为不同的操作阶段后,分别建立局部KELM模型。对任一待预测样本,分别计算其对应各局部模型的预测值,最后采用贝叶斯集成,将其隶属于各局部模型的模糊隶属度作为权重和预测值融合得到最终预测值。以青霉素发酵数据进行实验测试,结果表明所提多模型算法相较于单一模型,具有更高的预测精度。     

基于Gath-Geva算法和核极限学习机的多阶段间歇过程软测量

间歇过程具有较强的非线性,多阶段、慢时变及批次间存在变化,采用单一预测模型不能反映间歇过程的多阶段特性及阶段间过渡特性。提出一种基于Gath-Geva聚类和核极限学习机(kernel extreme learning machine,KELM)的多模型软测量方法。首先采用主成分分析(principal component analysis,PCA)对输入做特征提取,然后利用Gath-Geva算法对间歇过程进行多阶段工况划分,根据生产工况特性划分为不同的操作阶段后,分别建立局部KELM模型。对任一待预测样本,分别计算其对应各局部模型的预测值,最后采用贝叶斯集成,将其隶属于各局部模型的模糊隶属度作为权重和预测值融合得到最终预测值。以青霉素发酵数据进行实验测试,结果表明所提多模型算法相较于单一模型,具有更高的预测精度。     

基于多源信息特征融合的抽油井动液面集成软测量建模

针对传统抽油井动液面(DLL)检测只能依靠人工操作回声仪测试,无法实时在线检测的问题,提出基于多源信息特征融合的抽油井动液面集成软测量新方法。采用快速傅里叶变换(FFT)将抽油机悬点载荷及振动时域信号转换成频域信号;采用核主元分析(KPCA)提取悬点载荷及振动频谱和电功率、井口油、套压时域信号非线性特征;利用改进的模糊交互式自组织数据分析聚类(ISODATA)和高斯过程回归(GPR)融合时频信息特征,建立多个动态子模型;利用权重优化证据理论(D-S)构造的概率分配函数作为权值因子,对子模型输出进行集成以得到最终的DLL预测值。油田现场应用证明了该方法的有效性。     

基于多源信息特征融合的抽油井动液面集成软测量建模

针对传统抽油井动液面(DLL)检测只能依靠人工操作回声仪测试,无法实时在线检测的问题,提出基于多源信息特征融合的抽油井动液面集成软测量新方法。采用快速傅里叶变换(FFT)将抽油机悬点载荷及振动时域信号转换成频域信号;采用核主元分析(KPCA)提取悬点载荷及振动频谱和电功率、井口油、套压时域信号非线性特征;利用改进的模糊交互式自组织数据分析聚类(ISODATA)和高斯过程回归(GPR)融合时频信息特征,建立多个动态子模型;利用权重优化证据理论(D-S)构造的概率分配函数作为权值因子,对子模型输出进行集成以得到最终的DLL预测值。油田现场应用证明了该方法的有效性。     

基于多模型动态融合的自适应软测量建模方法

针对目前软测量建模过程中,单个模型难以精确描述复杂非线性对象而多模型又多采用静态模型因而对系统实际运行中的动态变化考虑不足的问题,提出了一种基于多模型动态融合的自适应软测量建模方法。该方法首先采用仿射传播聚类算法对样本数据进行分类,并对不同类别的输入样本分别建立基于高斯过程回归的子模型,最后使用动态Gauss-Markov估计对各子模型估计值进行融合。将上述方法应用于对二甲苯(p-xylene,简称PX)吸附分离过程纯度的软测量建模,仿真结果表明该方法能够有效地增强模型适应工况变化的能力,是一种有效的软测量建模方法。     

基于WSDPC-RVR的多模态间歇过程软测量方法

间歇过程的多模态特性使得未考虑模态因素建立的软测量模型预测精度较低,现有的间歇过程模态划分方法对初始参数敏感且未考虑异常数据对模态划分结果的影响,其不合理的划分结果是制约多模态间歇过程软测量模型预测精度提升的一个重要因素。提出了一种基于密度加权和相似标签分配密度峰值聚类相关向量回归(weighted destiny and similar label allocation density peaks clustering-relevance vector regression, WSDPC-RVR)的多模态间歇过程软测量方法。首先,以不同数据点的密度贡献程度对低密度区域数据点的局部密度进行加权,准确选取聚类中心,并引入ε近邻结合数据点间的距离与局部密度构建剩余数据点的分配策略;然后,定义模态评价指标并分析不同模态的统计特性,构建异常模态判别策略获取有效模态数量,完成间歇过程模态划分;最后,建立各有效模态的RVR软测量模型,实现间歇过程主导变量的在线预测。青霉素发酵过程的仿真实验结果表明,所提方法能够实现合理的模态划分,有效地提高了软测量模型的预测精度。     

基于改进扩张搜索聚类算法的多流形软测量建模

针对化工生产过程工况复杂多变,单一的软测量模型难以满足系统对估计精度的要求,提出了一种基于改进的扩张搜索聚类算法的多流形软测量建模的方法。该算法采用流形距离来代替欧氏距离,自适应地确定邻域半径,并引入局部密度用于确定聚类中心,对聚类后得到的各个子流形分别采用流形学习中的核等距映射法进行特征提取,建立基于高斯过程回归的子模型。将该方法应用于某双酚A生产装置的软测量建模,仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于改进扩张搜索聚类算法的多流形软测量建模

针对化工生产过程工况复杂多变，单一的软测量模型难以满足系统对估计精度的要求，提出了一种基于改进的扩张搜索聚类算法的多流形软测量建模的方法。该算法采用流形距离来代替欧氏距离，自适应地确定邻域半径，并引入局部密度用于确定聚类中心，对聚类后得到的各个子流形分别采用流形学习中的核等距映射法进行特征提取，建立基于高斯过程回归的子模型。将该方法应用于某双酚A生产装置的软测量建模，仿真结果验证了该方法的有效性。     

Dynamic soft sensor development based on Gaussian mixture regression for fermentation processes

The dynamic soft sensor based on a single Gaussian process regression (GPR) model has been developed in fermentation processes.However,limitations of single regression models,for multiphase/multimode fermentation processes,may result in large prediction errors and complexity of the soft sensor.Therefore,a dynamic soft sensor based on Gaussian mixture regression (GMR) was proposed to overcome the problems.Two structure parameters,the number of Gaussian components and the order of the model,are crucial to the soft sensor model.To achieve a simple and effective soft sensor,an iterative strategy was proposed to optimize the two structure parameters synchronously.For the aim of comparisons,the proposed dynamic GMR soft sensor and the existing dynamic GPR soft sensor were both investigated to estimate biomass concentration in a Penicillin simulation process and an industrial Erythromycin fermentation process.Results show that the proposed dynamic GMR soft sensor has higher prediction accuracy and is more suitable for dynamic multiphase/multimode fermentation processes.     

过程工业软测量中的多模型融合建模方法

对多模型融合建模方法在过程工业软测量中的研究进展进行了系统总结。根据整体模型中子模型的不同,多模型融合建模方法主要可分成数据驱动融合建模方法和半参数建模方法。详细介绍了数据驱动融合建模方法和半参数建模方法的设计思想和国内外研究现状,分析了各类方法的优缺点,并提出了相应的改进方向。根据过程数据处理方法的不同,将数据驱动融合建模方法分为集成学习和聚类分析。根据模型结构形式的不同,将半参数建模方法分为串联结构和并联结构。最后对多模型融合建模方法的未来研究方向进行了展望,期望今后的研究工作能在改进数据驱动模型融合技术、提高半参数模型外推能力和解决双率数据问题等方面取得突破性进展,并指出采用多模型融合建模方法建立基于多源信息融合的软测量模型是实现过程工业中难测变量在线估计的有效方法。     

基于改进DPC的青霉素发酵过程多模型软测量建模

青霉素发酵过程具有较强的非线性、时变性、阶段性和不确定性,基于单一的软测量模型对产物浓度进行在线估计,难以满足系统对模型精度的要求。针对上述问题,提出一种改进密度峰值聚类的多模型软测量建模方法来估计青霉素发酵过程中的产物浓度。首先,引入相似度函数代替欧氏距离计算样本点的k近邻,并且计算样本点与其k近邻之间的共享近邻,进而利用样本点的k近邻及共享近邻重新定义样本点的局部密度。其次,利用样本点之间的k近邻关系来重新定义样本点的分配策略;通过改进的聚类算法得到各聚类子集,分别建立基于最小二乘支持向量机的软测量模型。Pensim仿真平台的验证结果表明,改进的聚类算法能够更加准确地对样本数据进行聚类,从而有效提高青霉素发酵过程软测量模型的估计精度。     

基于STA-K均值聚类的电化学废水处理过程离子浓度软测量

针对电化学废水处理过程出口离子浓度无法在线检测的问题,提出了一种基于状态转移的K均值聚类算法的软测量建模方法。在分析内部反应机理的基础上,结合物料平衡和吸附动力学定理建立电化学过程的机理模型;由于单一的软测量模型难以满足实际的精度要求,提出一种基于状态转移的K均值聚类算法将原始数据集进行聚类,应用状态转移算法对K均值算法的初始聚类中心进行优化,同时,引入离群值矩阵动态迭代同时实现数据聚类和异常值检测;最后,对聚类后的不同训练子集分别建立子模型,综合各子模型得到基于多模型切换方法的软测量模型。通过某废水处理厂的现场数据进行实例验证,结果证明了所建立的电化学废水处理过程离子浓度软测量模型合理有效。     

基于加权模糊聚类方法的多模型建模

针对化工过程软测量模型的多样性,提出基于一种加权模糊聚类方法的多模型建模方法。将输入向量与输出的相关性作为加权系数,构建加权模糊聚类算法,对样本空间的输入数据进行聚类,然后用与输入变量对应的子模型进行输出估计,子模型输出作为系统模型的最终输出。该方法能够实现对输入数据更加合理的划分,提高软测量模型的精度。将该方法应用于双酚A生产过程的质量指标软测量建模,仿真结果表明了该方法的可行性和有效性。     

多层次结构模型预测控制系统的层次间模型切换方法

引言实际的工业过程对象,大部分都呈现出很强的非线性特性,其控制过程十分复杂。虽然近年来,对非线性技术的研究已经取得了很多的成果。但是非线性系统精确建模困难[1]、非线性微分方程求解     

诺西肽发酵过程中的分阶段软测量建模

诺西肽发酵过程中关键生化参数难以在线测量,给控制与优化带来困难.针对这一问题,利用软测量技术来实现关键生化参数的在线估计,并提出了一种分阶段软测量建模方法.首先以分阶段的诺西肽发酵过程非结构模型为基础,根据隐函数存在定理进行辅助变量的合理选择;然后利用模糊c均值聚类算法将建模数据按其所属阶段的不同进行分类,并利用神经网...     

基于AP聚类算法的跳汰机床层松散度软测量建模

松散度是跳汰分选过程的重要影响因素,针对其难以用仪器在线检测的问题,提出采用最小二乘支持向量机(LS-SVM)的软测量建模方法。在充分考虑分选过程高度非线性及强耦合性的基础上,为避免单模型建模回归精度差和泛化能力弱的问题,提出采用基于仿射传播(AP)聚类的LS-SVM多模型建模算法进行床层松散度软测量建模。首先采用AP算法对样本数据进行聚类划分,再用LS-SVM的方法对子类样本分别建立子模型,最后通过子模型切换策略得到系统输出。仿真实验表明,基于AP聚类算法的LS-SVM软测量建模算法能够更好地预测跳汰机床层松散度。     

基于仿射传播聚类的发酵过程建模

针对花生四烯酸(ARA)发酵过程复杂,机理模型表达不够准确以及单模型泛化能力弱的问题,提出采用基于仿射传播聚类的支持向量机(SVM)多模型建模算法进行该过程建模。该算法首先用仿射传播聚类(AP)算法对ARA样本数据进行聚类,再用SVM算法对各子类样本分别建立子模型。测试样本根据相似性的测度进行归类,并用所属子类的模型进行预测输出。ARA发酵过程的建模实验表明,与其他建模算法相比,基于仿射传播聚类的SVM多模型建模算法所建立的模型具有更高的回归精度和良好的泛化能力。