最優(yōu)支持向量機(jī)的工業(yè)熔融指數(shù)軟測量儀表和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種最優(yōu)支持向量機(jī)的工業(yè)熔融指數(shù)軟測量軟測量儀表及方法。該軟測量方法對多個加權(quán)最小二乘支持向量機(jī)的輸出進(jìn)行模糊化處理，并采用粒子群算法對整個模糊方程系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以得到最優(yōu)的軟測量結(jié)果。在本發(fā)明中，用于測量易測變量的現(xiàn)場智能儀表、用于測量操作變量的控制站與DCS數(shù)據(jù)庫連接，軟測量值顯示儀包括最優(yōu)支持向量機(jī)的工業(yè)熔融指數(shù)軟測量模型，DCS數(shù)據(jù)庫與軟測量模型的輸入端連接，所述最優(yōu)支持向量機(jī)的工業(yè)熔融指數(shù)軟測量模型的輸出端與熔融指數(shù)軟測量值顯示儀連接；本發(fā)明具有在線優(yōu)化參數(shù)、模型自動更新、抗噪聲能力強(qiáng)、推廣性能好的特點。
【專利說明】最優(yōu)支持向量機(jī)的工業(yè)溶融指數(shù)軟測量儀表和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軟測量儀表及方法，尤其涉及一種最優(yōu)支持向量機(jī)的工業(yè)熔融指數(shù)軟測量儀表及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚丙烯是一種由丙烯聚合而成的半結(jié)晶的熱塑性塑料，具有較高的耐沖擊性，機(jī)械性質(zhì)強(qiáng)韌，抗多種有機(jī)溶劑和酸堿腐蝕，在工業(yè)界有廣泛的應(yīng)用，是平常最常見的高分子材料之一。熔融指數(shù)(MI)是聚丙烯生產(chǎn)中確定最終產(chǎn)品牌號的重要質(zhì)量指標(biāo)之一，它決定了產(chǎn)品的不同用途。熔融指數(shù)的精確、及時的測量，對生產(chǎn)和科研，都有非常重要的作用和指導(dǎo)意義。然而，熔融指數(shù)的在線分析測量目前仍然很難做到，缺乏熔融指數(shù)的在線分析儀是制約聚丙烯產(chǎn)品質(zhì)量的一個主要問題。MI只能通過人工取樣、離線化驗分析獲得，而且一般每2-4小時分析一次，時間滯后大，難以滿足生產(chǎn)實時控制的要求。
[0003]近年來關(guān)于MI的在線預(yù)報的研究工作大部分都集中在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)上面，取得了不錯的效果。但是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也有其自身的缺點，例如過擬合、隱含層的節(jié)點數(shù)目和參數(shù)不好確定。其次，工業(yè)現(xiàn)場采集到的DCS數(shù)據(jù)也因為噪音、人工操作誤差等帶有一定的不確定誤差，所以使用確定性強(qiáng)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)報模型一般推廣能力不強(qiáng)。
[0004]1965年美國數(shù)學(xué)家L.Zadeh首先提出了模糊集合的概念。隨后模糊邏輯以其更接近于日常人們的問題和語意陳述的方式，開始代替堅持所有事物都可以用二元項表示的經(jīng)典邏輯。模糊邏輯迄今已經(jīng)成功應(yīng)用在了工業(yè)的多個領(lǐng)域之中，例如家電、工業(yè)控制等領(lǐng)域。2003年，Demirci提出了模糊方程的概念，通過使用模糊隸屬度矩陣和和其變形構(gòu)建一個新的輸入矩陣，接著在局部方程中以反模糊方法中的重心法得出解析值作為最后的輸出。對于丙烯聚合生產(chǎn)過程中熔融指數(shù)的軟測量，考慮到工業(yè)生產(chǎn)過程中的噪音影響以及操作誤差，可以使用模糊邏輯的模糊性能降低誤差對整個預(yù)報精度的影響。
[0005]支持向量機(jī)，由Vapnik在1998年引入，由于其良好的推廣能力，被廣泛應(yīng)用在模式識別、擬合和分類問題中。由于標(biāo)準(zhǔn)支持向量機(jī)對孤立點和噪點敏感，所以后來又提出了加權(quán)最小二乘支持向量機(jī)。加權(quán)最小二乘支持向量機(jī)相比于標(biāo)準(zhǔn)支持向量機(jī)能夠更好地處理帶有噪點的樣本數(shù)據(jù)，這里被選作模糊方程中的局部方程。
[0006]粒子群算法，即Particle Swarm Optimization,是由 Kennedy 和 Eberhart 教授提出來的一種通過模仿鳥類飛行行為來尋求全局最優(yōu)的一種生物智能尋優(yōu)算法，簡稱PS0。該算法通過群體中粒子間的相互影響，減少了搜索算法陷入局部最優(yōu)解的風(fēng)險，具有很好的全局搜索性能。粒子群算法被用來搜索加權(quán)最小二乘支持向量機(jī)的最優(yōu)參數(shù)組合，以達(dá)到優(yōu)化模型的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服已有的丙烯聚合生產(chǎn)過程的測量精度不高、對噪聲敏感度低、推廣性能差的不足，本發(fā)明提供一種在線測量、計算速度快、模型自動更新、抗噪聲能力強(qiáng)、推廣性能好的最優(yōu)支持向量機(jī)的工業(yè)熔融指數(shù)軟測量儀表及方法。
[0008]一種最優(yōu)支持向量機(jī)的工業(yè)熔融指數(shù)軟測量儀表，包括丙烯聚合生產(chǎn)過程、用于測量易測變量的現(xiàn)場智能儀表、用于測量操作變量的控制站、存放數(shù)據(jù)的DCS數(shù)據(jù)庫以及熔融指數(shù)軟測量值顯示儀，所述現(xiàn)場智能儀表、控制站與丙烯聚合生產(chǎn)過程連接，所述現(xiàn)場智能儀表、控制站與DCS數(shù)據(jù)庫連接，所述軟測量儀表還包括最優(yōu)支持向量機(jī)的工業(yè)熔融指數(shù)軟測量模型，所述DCS數(shù)據(jù)庫與所述最優(yōu)支持向量機(jī)的工業(yè)熔融指數(shù)軟測量模型的輸入端連接，所述最優(yōu)支持向量機(jī)的工業(yè)熔融指數(shù)軟測量模型的輸出端與熔融指數(shù)軟測量值顯示儀連接，所述最優(yōu)支持向量機(jī)的工業(yè)熔融指數(shù)軟測量模型包括:
[0009]數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于將從DCS數(shù)據(jù)庫輸入的模型訓(xùn)練樣本進(jìn)行預(yù)處理，對訓(xùn)練樣本中心化，即減去樣本的平均值，然后對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化:
[0010]計算均值:西=丄(1)
【權(quán)利要求】
1.一種最優(yōu)支持向量機(jī)的工業(yè)熔融指數(shù)軟測量軟測量儀表，包括用于測量易測變量的現(xiàn)場智能儀表、用于測量操作變量的控制站、存放數(shù)據(jù)的DCS數(shù)據(jù)庫以及熔融指數(shù)軟測量值顯示儀，所述現(xiàn)場智能儀表、控制站與DCS數(shù)據(jù)庫連接，其特征在于:所述軟測量儀表還包括最優(yōu)支持向量機(jī)的工業(yè)熔融指數(shù)軟測量模型，所述DCS數(shù)據(jù)庫與所述最優(yōu)支持向量機(jī)的工業(yè)熔融指數(shù)軟測量模型的輸入端連接，所述最優(yōu)支持向量機(jī)的工業(yè)熔融指數(shù)軟測量模型的輸出端與熔融指數(shù)軟測量值顯示儀連接，所述最優(yōu)支持向量機(jī)的工業(yè)熔融指數(shù)軟測量模型包括:數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于將從DCS數(shù)據(jù)庫輸入的模型訓(xùn)練樣本進(jìn)行預(yù)處理，對訓(xùn)練樣本中心化，即減去樣本的平均值，然后對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化:計算均值:
2.一種用如權(quán)利要求1所述的最優(yōu)支持向量機(jī)的工業(yè)熔融指數(shù)軟測量儀表實現(xiàn)的軟測量方法，其特征在于:所述軟測量方法具體實現(xiàn)步驟如下:1 )、對丙烯聚合生產(chǎn)過程對象，根據(jù)工藝分析和操作分析，選擇操作變量和易測變量作為模型的輸入，操作變量和易測變量由DCS數(shù)據(jù)庫獲得；2)、將從DCS數(shù)據(jù)庫輸入的模型訓(xùn)練樣本進(jìn)行預(yù)處理，對訓(xùn)練樣本中心化，即減去樣本的平均值，然后對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使得其均值為0，方差為1。該處理采用以下算式過程來完成:2.1)計算均值
【文檔編號】G01N25/04GK103675011SQ201310435358
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】劉興高, 張明明, 李見會 申請人:浙江大學(xué)