[發(fā)明專利]基于混合整數(shù)規(guī)劃的間苯二胺精餾塔軟測量系統(tǒng)的輔助變量選擇方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610064425.8
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105740622B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳曦;簡葳玙;徐祖華
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發(fā)明公開了一種基于混合整數(shù)規(guī)劃的間苯二胺精餾塔軟測量系統(tǒng)的輔助變量選擇方法。收集與精餾塔塔底間苯二胺濃度可能相關(guān)的p個原始輔助變量，采集n組由原始輔助變量和間苯二胺濃度組成的樣本集，并歸一化處理，獲取標(biāo)準(zhǔn)化樣本集；利用BIC準(zhǔn)則評判變量選擇效果，建立混合整數(shù)規(guī)劃模型來確定最佳輔助變量子集，并得到對應(yīng)的最佳線性回歸模型，從而實現(xiàn)間苯二胺精餾塔產(chǎn)品組成的軟測量。本發(fā)明基于BIC準(zhǔn)則能表征模型泛化能力的優(yōu)點，結(jié)合分支定界搜索算法能有效解決混合整數(shù)規(guī)劃問題，可以搜索獲得最佳輔助變量子集進(jìn)行線性回歸建模，減小模型復(fù)雜度，并提高軟測量系統(tǒng)的預(yù)測效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化學(xué)工程和系統(tǒng)工程領(lǐng)域中間苯二胺精餾塔軟測量的輔助變量選擇方法。具體而言，是利用混合整數(shù)規(guī)劃實現(xiàn)間苯二胺精餾塔軟測量系統(tǒng)的輔助變量選擇。

背景技術(shù)

隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，石油化工等現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，因此需要對與產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)的過程參數(shù)(如精餾塔產(chǎn)品成分、干點、濃度及塔板效率等)進(jìn)行實時檢測。但由于經(jīng)濟(jì)或技術(shù)等原因，這類重要過程參數(shù)往往難以或無法用傳統(tǒng)的傳感器直接檢測，只能通過采用工業(yè)色譜儀進(jìn)行在線測量或者實驗室離線分析得到。遺憾的是，在線分析儀表的成本太高，而實驗室離線分析結(jié)果存在較大的滯后，用這樣滯后的結(jié)果來指導(dǎo)生產(chǎn)，必然導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降。為了解決這個問題，逐漸形成了軟測量建模方法及其應(yīng)用技術(shù)，并得到了廣泛的引用。

軟測量根據(jù)某種最優(yōu)準(zhǔn)則，選擇與被估計變量(稱為主導(dǎo)變量)相關(guān)的一組易測量變量(稱為輔助變量)，構(gòu)造以輔助變量為輸入、主導(dǎo)變量為輸出的數(shù)學(xué)模型，從而實現(xiàn)對重要過程參數(shù)的在線估計。

雖然軟測量技術(shù)的核心是建模，但只有選擇出與主導(dǎo)變量密切相關(guān)的輔助變量，才能建立一個有效的軟測量模型。輔助變量選擇就是在軟測量數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)之上，從一系列預(yù)先給定的自變量集合中，確定一個在某種準(zhǔn)則下對因變量最好描述的自變量子集。這是軟測量技術(shù)的第一步，也是非常關(guān)鍵的一步，是軟測量技術(shù)成功的基石。現(xiàn)代工業(yè)過程都有海量的數(shù)據(jù)，但我們對工業(yè)對象了解的局限性，很容易將這些數(shù)據(jù)都包含到預(yù)測模型中。一旦模型中選入了本來與因變量相關(guān)程度很低，甚至是無關(guān)的自變量，不僅會干擾模型對于變量間關(guān)系的理解，使模型變得不易解釋，而且會使得模型參數(shù)估計變得困難，模型預(yù)測效果也會下降。此外在經(jīng)濟(jì)上還大大增加了收集和存儲信息的成本。而通過輔助變量選擇，可以克服以上問題。因此，研究如何從候選輔助變量集中找到與主導(dǎo)變量關(guān)聯(lián)程度高，包含豐富的主導(dǎo)變量信息且精簡的變量子集，在軟測量建模中有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于混合整數(shù)規(guī)劃的間苯二胺精餾塔軟測量系統(tǒng)的輔助變量選擇方法，該方法能選出最優(yōu)的輔助變量子集，用于回歸建模，不僅能簡化間苯二胺精餾塔軟測量模型的復(fù)雜度，增強模型的解釋性，而且能提高模型的預(yù)測性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于混合整數(shù)規(guī)劃的間苯二胺精餾塔軟測量系統(tǒng)的輔助變量選擇方法包含如下步驟：

步驟一、收集與精餾塔塔底間苯二胺濃度可能相關(guān)的p個原始輔助變量，采集n組由原始輔助變量和間苯二胺濃度組成的樣本集，并歸一化處理，獲取標(biāo)準(zhǔn)化樣本集；

步驟二、利用混合整數(shù)規(guī)劃方法確定最佳輔助變量子集，并得到對應(yīng)的最佳線性回歸模型Q；

步驟三、最佳輔助變量子集在步驟二中對應(yīng)的最佳線性回歸模型Q即為間苯二胺精餾塔軟測量模型。

所述的利用混合整數(shù)規(guī)劃方法確定最佳輔助變量子集，并得到對應(yīng)的最佳線性回歸模型Q，按如下步驟進(jìn)行：

1)初始化選擇變量個數(shù)k＝1；

2)當(dāng)選擇變量個數(shù)指定為k時，通過最小化線性回歸模型的殘差平方和，將變量選擇問題描述成混合整數(shù)規(guī)劃問題M(k)，利用CPLEX求解器求解問題M(k)得到模型的回歸系數(shù)a(k)、b(k)和模型中包含的k個輔助變量z(k)，求解過程按下式進(jìn)行：