[發(fā)明專利]一種蒸汽熱裂解過(guò)程的預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110254597.2
• 申請(qǐng)日: 2021-03-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113035287B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱彤;畢可鑫;趙祺銘;張書(shū)源
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G16C20/10
• 分類號(hào): G16C20/10
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

1.一種蒸汽熱裂解過(guò)程的預(yù)測(cè)方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

(1)設(shè)定蒸汽熱裂解產(chǎn)物的種類i和蒸汽熱裂解產(chǎn)物的含量w_i為因變量Y，其中w_i為第i產(chǎn)物的含量，設(shè)定蒸汽熱裂解原料的物理性質(zhì)和生產(chǎn)操作條件為自變量X；

(2)從歷史記錄中獲取蒸汽熱裂解過(guò)程中的自變量X和因變量Y，自變量X共有P種，因變量Y共有I種，每種有n組數(shù)據(jù)，對(duì)P+I種、n組數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

(3)根據(jù)步驟(2)的自變量X中的n組數(shù)據(jù)，分別建立關(guān)于自變量X的多個(gè)基函數(shù)g(X)，記多個(gè)基函數(shù)g(X)的集合為C₁；

對(duì)于每個(gè)自變量X_j，將自變量的所有n組數(shù)據(jù)作為結(jié)點(diǎn)建立基函數(shù)，與數(shù)據(jù)相應(yīng)的基函數(shù)g(X_p)具體表達(dá)式如下：

其中，p為自變量X的種類，t是n組數(shù)據(jù)中的自變量取值，基函數(shù)g(X_p)相對(duì)于取值t成對(duì)出現(xiàn)，以和表示，

對(duì)自變量X中的所有數(shù)據(jù)取基函數(shù)后，得到基函數(shù)集合C₁，其中n為數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，p為自變量X的種類，p＝1，2……P；

(4)采用多元自適應(yīng)樣條回歸模型，利用步驟(3)的基函數(shù)集合C₁對(duì)多元自適應(yīng)樣條回歸模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到一個(gè)用于預(yù)測(cè)因變量Y的多元自適應(yīng)樣條回歸模型，包括以下步驟：

(4-1)設(shè)定一個(gè)多元自適應(yīng)樣條回歸模型的升冪次數(shù)k；

(4-2)根據(jù)步驟(3)的基函數(shù)集合C₁中的基函數(shù)，將和作為自變量，對(duì)因變量Y進(jìn)行向前逐步回歸，得到一個(gè)基于一次基函數(shù)的回歸模型，其過(guò)程如下：

(4-2-1)建立每個(gè)基函數(shù)g(X_p)與因變量Y的第一一次回歸方程，即Y＝β_tpg(X_p)+β₀，其中，g(X_p)為自變量X在種類p上的取值t的基函數(shù)，β_tp為基函數(shù)g(X_p)的回歸系數(shù)，該回歸系數(shù)由最小二乘法計(jì)算公式確定，為β_tp＝(g(X_p)^Tg(X_p))^-1g(X_p)^TY，其中上標(biāo)T為矩陣轉(zhuǎn)置，β₀為第一一次回歸方程的常數(shù)項(xiàng)；分別計(jì)算以上每個(gè)第一一次回歸方程的F統(tǒng)計(jì)量，計(jì)算公式為其中n為數(shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，m為方程Y＝β_tpg_t(X_p)+β₀中自變量X的維度，SSR為剩余平方和，SSR的計(jì)算公式為其中是因變量Y的估計(jì)值，是Y的平均值，SSE為回歸平均值，SSE的計(jì)算公式為上標(biāo)T為矩陣轉(zhuǎn)置，從以上多個(gè)第一一次回歸方程的F統(tǒng)計(jì)量中選出最大的F統(tǒng)計(jì)量值，記為k為與最大F統(tǒng)計(jì)量相對(duì)應(yīng)的第k個(gè)回歸方程；設(shè)F統(tǒng)計(jì)量的顯著性臨界值為α，對(duì)F統(tǒng)計(jì)量的最大值進(jìn)行判斷，若則停止篩選，進(jìn)行步驟(4-3)，若則將與相對(duì)應(yīng)的基函數(shù)放入一個(gè)基函數(shù)集中，記該基函數(shù)集為進(jìn)行步驟(4-2-2)，其中F_α為與臨界值α相對(duì)應(yīng)的F分布值，通過(guò)查詢F分布值表得到，n為數(shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)；

(4-2-2)分別將集合C₁中剩余的每個(gè)基函數(shù)與基函數(shù)集中的基函數(shù)組合，建立多個(gè)第二一次回歸方程，計(jì)算每個(gè)第二一次回歸方程的F統(tǒng)計(jì)量，計(jì)算公式同步驟(4-2-1)，將多個(gè)F統(tǒng)計(jì)量中的最大值記為對(duì)進(jìn)行判斷，若則停止篩選，進(jìn)行步驟(4-3)，若則將F統(tǒng)計(jì)值最大的第二一次回歸方程中的基函數(shù)放入基函數(shù)集，記該基函數(shù)集為其中F_α為與臨界值α對(duì)應(yīng)的F分布值，n為數(shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，進(jìn)行步驟(4-2-3)；

(4-2-3)設(shè)定第一一次回歸方程的F統(tǒng)計(jì)量的閾值重復(fù)步驟(4-2-2)，直到其中q為基函數(shù)集合C₁中的基函數(shù)個(gè)數(shù)，n為數(shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，得到一個(gè)基于一次基函數(shù)的向前回歸模型其中X是自變量的所有數(shù)據(jù)，M是該模型中選定的基函數(shù)的總數(shù)，是該模型中的基函數(shù)，β_m是基函數(shù)的回歸系數(shù)，β₀是一次基函數(shù)的向前回歸模型中的常數(shù)項(xiàng)；并將的集合記為該基函數(shù)集中共有q個(gè)函數(shù)；

(4-3)對(duì)步驟(4-2)的一次基函數(shù)的向前回歸模型進(jìn)行向后刪減過(guò)程，得到基于一次基函數(shù)的向后回歸模型，具體過(guò)程如下：

(4-3-1)計(jì)算步驟(4-2)中一次基函數(shù)的向前回歸模型的廣義交叉驗(yàn)證函數(shù)GCV的值,記為GCV_q，計(jì)算公式為其中w_iz為蒸汽熱裂解產(chǎn)物種類i在數(shù)據(jù)z中的含量；f_iz(X_p)是一次基函數(shù)的向前回歸模型在數(shù)據(jù)z上的預(yù)測(cè)值,n是數(shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)；G是有效參數(shù)的個(gè)數(shù)，G＝2q+1；

(4-3-2)從步驟(4-2)的一次基函數(shù)的向前回歸模型的q個(gè)基函數(shù)中，任意刪除一個(gè)基函數(shù)，得到q個(gè)包含q-1個(gè)基函數(shù)的一次基函數(shù)的向后回歸模型，分別計(jì)算該q個(gè)模型的廣義交叉驗(yàn)證函數(shù)GCV的值，記其中的最小值為GCV_q-1，對(duì)該GCV_q-1進(jìn)行判斷，若GCV_q-1GCV_q，則判定本回歸模型為更優(yōu)，并記相應(yīng)的基函數(shù)集為相應(yīng)的一次基函數(shù)的向后回歸模型為f₁¹(X)；

(4-3-3)重復(fù)步驟(4-3-2)，直至GCV的值不再減小，即GCV_q-1GCV_q，記此時(shí)的基函數(shù)集為h₁(X)，得到一次基函數(shù)的多元自適應(yīng)樣條回歸模型為f₁(X)；

(4-4)對(duì)步驟(4-3-3)的基函數(shù)集h₁(X)進(jìn)行升冪次迭代，即，將基函數(shù)集合h₁(X)中的所有項(xiàng)與步驟(3)的集合C₁中的所有基函數(shù)g(X_p)相乘，得到一個(gè)基函數(shù)集合C₂，將基函數(shù)集合C₂中的基函數(shù)作為新的基函數(shù)，重復(fù)步驟(4-2)和步驟(4-3)，得到基函數(shù)集h₂(X)，得到二次基函數(shù)的多元自適應(yīng)樣條回歸模型f₂(X)；

(4-5)設(shè)定一個(gè)廣義交叉驗(yàn)證函數(shù)GCV的閾值，重復(fù)步驟(4-4)的升冪次過(guò)程，若多元自適應(yīng)樣條回歸模型的相應(yīng)GCV達(dá)到閾值，或多元自適應(yīng)樣條回歸模型的升冪次數(shù)達(dá)到步驟(4-1)設(shè)定的升冪次數(shù)，則確認(rèn)所述的多元自適應(yīng)樣條回歸模型為用于預(yù)測(cè)因變量Y的多元自適應(yīng)樣條回歸模型；

(5)實(shí)時(shí)獲取蒸汽熱裂解過(guò)程中的自變量X，將該自變量X輸入步驟(4)的多元自適應(yīng)樣條回歸模型中，輸出得到蒸汽熱裂解過(guò)程的因變量預(yù)測(cè)值，實(shí)現(xiàn)蒸汽熱裂解過(guò)程的預(yù)測(cè)。