[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 |
| 地址: | 310027 浙*** | 國省代碼: | 浙江;33 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 基于 混合 整數(shù) 規(guī)劃 間苯二胺 精餾塔 測量 系統(tǒng) 輔助 變量 選擇 方法 | ||
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,獲取標準化樣本集;利用BIC準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)進行實時檢測。但由于經(jīng)濟或技術(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,獲取標準化樣本集;
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,按如下步驟進行:
1)初始化選擇變量個數(shù)k=1;
2)當選擇變量個數(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),求解過程按下式進行:
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