[發(fā)明專利]基于PCA?LSSVM的氣分裝置控制系統(tǒng)性能評估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410342442.4
• 申請日: 2014-07-17
• 公開（公告）號: CN104865944B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇成利;蔡宏斌;李平;安德亮;邱夢嬋;林曉華
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧石油化工大學(xué)
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司21002
• 代理人: 許宗富

1.基于PCA-LSSVM的氣分裝置控制系統(tǒng)性能評估方法，其特征在于包括以下步驟：

采用PCA方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理；

把獲得的主成分值通過最小二乘支持向量機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練并建模；

通過所得的模型獲得性能指標(biāo)值作為評估結(jié)果；

通過η(d)的值的大小對當(dāng)前控制器實(shí)際運(yùn)行性能的好壞進(jìn)行性能評價；

將控制系統(tǒng)性能評估方法，應(yīng)用到煉油廠氣體分餾裝置控制系統(tǒng)；

所述把獲得的主成分值通過最小二乘支持向量機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練并建模包括以下步驟：

(3-1)選擇RBF作為核函數(shù)，并通過三步搜索法尋找正則化參數(shù)γ和核函數(shù)寬度ε；

(3-2)建立拉格朗日函數(shù)，求出拉格朗日乘子α與偏置量β，并將其代入控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型：

y(x)=Σi=1kαiK(xi,xj)+β---(3)]]>

其中K(x_i,x_j)為核函數(shù)，α∈α_i；

(3-3)根據(jù)數(shù)學(xué)模型得到系統(tǒng)的方差：

σe2=(y-βx)T(y-βx)n-1---(4)]]>

其中，n為數(shù)據(jù)長度，x和y分別為輸入樣本和輸出樣本；

(3-4)根據(jù)求出的系統(tǒng)方差，計(jì)算性能指標(biāo)其中為歷史數(shù)據(jù)的期望輸出方差；

所述三步搜索法包括以下步驟：

(4-1)任意截取γ和ε的一段區(qū)間，構(gòu)建參數(shù)對[γ，ε]；

(4-2)在γ和ε構(gòu)成的二維平面上，找到中心點(diǎn)及其周圍的8個點(diǎn)；根據(jù)均方誤差最小準(zhǔn)則選擇一個點(diǎn)作為新的中心點(diǎn)；

(4-3)判斷步長是否小于一個單位；如果不小于，則將步長減小一半，返回步驟(4-2)；如果小于，則該中心點(diǎn)對應(yīng)的參數(shù)γ、ε即為所得參數(shù)；

所述采用PCA方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理包括以下步驟：

(2-1)選取氣分裝置控制系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)構(gòu)成原始樣本數(shù)據(jù)X_n×m，n為數(shù)據(jù)長度，m為輸入變量個數(shù)，將X_n×m應(yīng)用下式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

xij′=xij-x‾jsj---(1)]]>

其中，x_ij表示X_n×m的數(shù)據(jù)，為第j項(xiàng)變量的平均值，為第j項(xiàng)變量的標(biāo)準(zhǔn)差；

(2-2)通過標(biāo)準(zhǔn)化后得到新矩陣，求取該矩陣的協(xié)方差矩陣,得出輸出數(shù)據(jù)和輸入數(shù)據(jù)之間的相關(guān)矩陣R，對相關(guān)矩陣R采用奇異值分解方法得到∑＝diag(λ₁,λ₂,...,λ_n),進(jìn)而求出每個主元的方差和總的方差其中δ_i為方差，λ_i為特征值，n為數(shù)據(jù)長度；

(2-3)通過下式計(jì)算累積貢獻(xiàn)率:

CPV(k)=Σi=1kδiΣi=1nδi×100%---(2)]]>

找出CPV(k)大于給定值的主元個數(shù)k，得到k維的主成分值；

所述的通過η(d)的值的大小對當(dāng)前控制器實(shí)際運(yùn)行性能的好壞進(jìn)行性能評價包含以下步驟：

控制系統(tǒng)性能評估的指標(biāo)η(d)的范圍在[0,1]之間，越接近0表明系統(tǒng)當(dāng)前的性能越差，表明系統(tǒng)有很大的提升空間；越接近1表明系統(tǒng)當(dāng)前的性能越好；

所述的性能評估方法，應(yīng)用到煉油廠氣體分餾裝置控制系統(tǒng)中實(shí)施步驟包括：

(1-1)了解氣分裝置工業(yè)過程，尋找系統(tǒng)主要的控制回路，針對這些過程控制回路進(jìn)行分析，分析控制器結(jié)構(gòu)與特性，了解回路的歷史最佳狀態(tài)，并且需要保證這些回路在當(dāng)前工況下平穩(wěn)、安全的運(yùn)行，為計(jì)算最優(yōu)性能提供有力保障；

(1-2)氣分裝置工業(yè)生產(chǎn)過程運(yùn)行時產(chǎn)生的現(xiàn)場實(shí)時數(shù)據(jù)通過集散控制系統(tǒng)采集到中央控制室，選定的回路均使用PID控制器，PID控制器的輸入采用回路設(shè)定值r與現(xiàn)場實(shí)時數(shù)據(jù)y的偏差值，PID的輸出u作為控制對象的輸入，經(jīng)集散控制系統(tǒng)發(fā)送到現(xiàn)場調(diào)節(jié)器，使達(dá)到控制目的，采集到的過程實(shí)時值被作為控制系統(tǒng)性能評估的重要數(shù)據(jù)來源；

(1-3)利用評估方法將采集到的過程實(shí)時值進(jìn)行在線評估，評估結(jié)果形成曲線在計(jì)算機(jī)界面上顯示，和歷史的最佳曲線進(jìn)行對比，進(jìn)而現(xiàn)場工程師可以直觀的看出評價效果，現(xiàn)場工程人員根據(jù)評價結(jié)果，進(jìn)行控制器重新整定和及時查找其它原因，以保證控制系統(tǒng)高效的運(yùn)行。