帶遺忘因子的線性回歸性能評(píng)估方法
【專利摘要】本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有方法對(duì)工業(yè)過(guò)程中的控制系統(tǒng)評(píng)估過(guò)程復(fù)雜，對(duì)于時(shí)變擾動(dòng)回路評(píng)估結(jié)果精度不高等原因，提供了一種帶遺忘因子的線性回歸性能評(píng)估方法。方法僅利用回路中采集到的輸入輸出數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)建線性的過(guò)程擾動(dòng)模型，然后在模型中引入遺忘因子用來(lái)完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新。在對(duì)乙烯裂解爐控制系統(tǒng)性能評(píng)估的對(duì)比中可以得到，線性回歸方法在引入遺忘因子后對(duì)時(shí)變模型的評(píng)估結(jié)果更加穩(wěn)定，能夠勝任對(duì)裂解爐整個(gè)系統(tǒng)的性能評(píng)估。
【專利說(shuō)明】帶遺忘因子的線性回歸性能評(píng)估方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種性能評(píng)估算法，尤其涉及一種適用于裂解爐控制系統(tǒng)的帶遺忘因子的線性回歸性能評(píng)估方法

【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)過(guò)程中控制回路越來(lái)越多，但由于諸多因素導(dǎo)致控制回路性能不佳，比如傳感器或執(zhí)行器經(jīng)過(guò)過(guò)度磨損發(fā)生故障、控制器類型不匹配、缺少前饋或前饋補(bǔ)償不足和控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等。低效率的控制回路得不到及時(shí)的維護(hù)，將會(huì)增加不合格產(chǎn)品的發(fā)生率，加重常規(guī)器械的耗損，造成大量的資源浪費(fèi)，增加商品成本，從而降低工廠的生產(chǎn)效率。相反，如果運(yùn)用性能評(píng)估方法找出那些性能不佳的控制系統(tǒng)，并得到合理的維修，企業(yè)就可以保證持久的、平穩(wěn)的、可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
[0003]性能評(píng)估的基本思想是從閉環(huán)運(yùn)行的輸入輸出數(shù)據(jù)得到控制回路的性能度量。Harris最早提出基于最小方差的性能評(píng)估方法，該方法利用反饋不變性原理分離出最小方差控制器的最小方差輸出作為性能評(píng)估的基準(zhǔn)；之后Grimble提出的廣義最小方差基準(zhǔn)通過(guò)引入誤差權(quán)和控制權(quán)定義了廣義輸出，使最優(yōu)控制回路輸出更加平穩(wěn)，控制作用更加溫和。Huang提出的線性二次型高斯基準(zhǔn)采用一條權(quán)衡曲線來(lái)表示任意線性控制作用下的最優(yōu)性能，能夠直觀地顯示可達(dá)最小方差與操縱變量的方差之間的關(guān)系；此外，Gerry從用戶角度出發(fā)，提出用戶自定義的控制系統(tǒng)性能評(píng)估方法，以一段滿意的數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)，通過(guò)與其他時(shí)段的數(shù)據(jù)的比較得出當(dāng)前系統(tǒng)性能指標(biāo)。這些方法或者停留于理論研究，或者具有復(fù)雜的建模過(guò)程，計(jì)算結(jié)果不夠準(zhǔn)確，因此一種建模簡(jiǎn)單、適應(yīng)于時(shí)變擾動(dòng)的性能評(píng)估方法就顯得十分必要。
[0004]線性回歸分析方法是通過(guò)控制回路的輸入輸出數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算最小方差性能指標(biāo)的，它采用時(shí)間序列分析法建立簡(jiǎn)單的擾動(dòng)模型。與其他的方法相比，它以多維矩陣的運(yùn)算代替了丟番圖方程的求解，并借助于MATLAB工具箱來(lái)完成數(shù)據(jù)建模和多維矩陣的求解，使評(píng)估過(guò)程更加簡(jiǎn)便。但是，由于工業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)越來(lái)越多的時(shí)變擾動(dòng)信號(hào)，使得傳統(tǒng)的線性回歸方法難以達(dá)到要求的精度，而且很難實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提出了一種帶遺忘因子的線性回歸性能評(píng)估方法，適用于乙烯裂解爐控制系統(tǒng)，包括如下步驟:
[0006]S1:在裂解爐系統(tǒng)控制回路中采集控制回路的過(guò)程數(shù)據(jù)，利用相關(guān)性分析法估計(jì)出過(guò)程時(shí)間延遲d;
[0007]S2:對(duì)所述過(guò)程數(shù)據(jù)采用時(shí)間序列分析技術(shù)建立線性帶遺忘因子的過(guò)程擾動(dòng)模型，并通過(guò)最小二乘法辨識(shí)出回歸參數(shù)；
[0008]S3:根據(jù)公式模型，估計(jì)出所述過(guò)程擾動(dòng)模型輸出殘差的均方誤差作為最小方差標(biāo)準(zhǔn);
[0009]S4:計(jì)算采集數(shù)據(jù)的實(shí)際方差；
[0010]S5:計(jì)算Harris指標(biāo),獲得控制回路的性能指標(biāo)。
[0011 ] 進(jìn)一步地，步驟SI中所述過(guò)程數(shù)據(jù)為一次采集獲得的設(shè)定值Ysp和實(shí)際數(shù)據(jù)Yt，且所述設(shè)定值Ysp在一時(shí)間區(qū)間內(nèi)有明顯變化趨勢(shì)。
[0012]進(jìn)一步地,步驟S2包括如下步驟:
[0013]經(jīng)時(shí)間序列分析得:

【權(quán)利要求】
1.一種帶遺忘因子的線性回歸性能評(píng)估方法，適用于乙烯裂解爐控制系統(tǒng)，其特征在于，包括如下步驟: S1:在裂解爐系統(tǒng)控制回路中采集控制回路的過(guò)程數(shù)據(jù)，利用相關(guān)性分析法估計(jì)出過(guò)程時(shí)間延遲d; S2:對(duì)所述過(guò)程數(shù)據(jù)采用時(shí)間序列分析技術(shù)建立線性帶遺忘因子的過(guò)程擾動(dòng)模型，并通過(guò)最小二乘法辨識(shí)出回歸參數(shù)； S3:根據(jù)公式模型，估計(jì)出所述過(guò)程擾動(dòng)模型輸出殘差的均方誤差作為最小方差標(biāo)準(zhǔn)σ2mv 54:計(jì)算采集數(shù)據(jù)的實(shí)際方差σ2y: 55:計(jì)算Harris指標(biāo),獲得控制回路的性能指標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶遺忘因子的線性回歸性能評(píng)估方法，其特征在于， 步驟SI中所述過(guò)程數(shù)據(jù)為一次采集獲得的設(shè)定值Ysp和實(shí)際數(shù)據(jù)Yt，且所述設(shè)定值Ysp在一時(shí)間區(qū)間內(nèi)有緩慢變化趨勢(shì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶遺忘因子的線性回歸性能評(píng)估方法，其特征在于，步驟S2包括如下步驟: 經(jīng)時(shí)間序列分析得:
Yt-Uy = F (z-1) at+L (z-1) at_d 式中，a是白噪聲序列，F(xiàn)表示整理得到的反饋不變項(xiàng)，L是一個(gè)與F有關(guān)的正則傳遞函數(shù)。當(dāng)設(shè)定值Ysp不為O時(shí)，yt = Yt-Ysp是實(shí)際數(shù)據(jù)與設(shè)定值的偏差，Uy為yt的平均值； 設(shè) F(z<)at = et,得到:
其中，參數(shù)m既是滑動(dòng)平均項(xiàng)中模型所取的前m項(xiàng)，又是回歸參數(shù)矩陣α,的維數(shù)，m越大誤差就越小，一般取5 < m < 30 ; 由此可以得到模型矩陣:
J =.V a -￥ e 對(duì)于回歸參數(shù)矩陣€，運(yùn)用最小二乘法辨識(shí)得到:
((χ)τ χ)α = (x)r y
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶遺忘因子的線性回歸性能評(píng)估方法，其特征在于，步驟S2中帶遺忘因子的模型矩陣中向量的構(gòu)造準(zhǔn)則: 模型矩陣中引入遺忘因子，得到如下形式:

其中，β是遺忘因子，它與衰減時(shí)間相關(guān)，兩個(gè)相距1?步的數(shù)據(jù)，衰減比為，因此β取值范圍是[O I]； η是[Ysp，Yt]的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，它的大小影響著最小方差基準(zhǔn)的精度，取η > 500 ；d是實(shí)際數(shù)據(jù)與設(shè)定值的采樣延遲時(shí)間，Y是實(shí)際數(shù)據(jù)與設(shè)定值的相關(guān)系數(shù)，計(jì)算方法如下:
設(shè)定值Ysp出現(xiàn)變化趨勢(shì)時(shí)相關(guān)系數(shù)Y隨d的大小而變動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種帶遺忘因子的線性回歸性能評(píng)估方法，其特征在于，步驟S5所述Harris指標(biāo)是一種最小方差性能指標(biāo)，其公式表示為:
式中，Harris指標(biāo)0〈 nHarris<l ； σ ?為最小方差標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)殘差的均方誤差來(lái)估計(jì)；σ y為采集數(shù)據(jù)矩陣的實(shí)際方差: 所述性能指標(biāo)ΠΜ表示形式為:
6.根據(jù)權(quán)利要求5或I所述的一種帶遺忘因子的線性回歸性能評(píng)估方法，其特征在于，步驟Si所述的裂解爐系統(tǒng)控制回路包括: (I)裂解爐平均出口溫度(COT)控制回路；(2)進(jìn)料流量控制回路；(3)蒸汽流量控制回路；(4)爐膛負(fù)壓控制回路；(5)汽包液位控制回路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種帶遺忘因子的線性回歸性能評(píng)估方法，其特征在于，步驟S5中對(duì)裂解爐系統(tǒng)的性能評(píng)估還包括裂解爐系統(tǒng)整體性能的評(píng)估，得到整體性能指標(biāo):η = η !* P1+ η 2.P2+ η 3 * P3+ η 4 * P4+ η 5 * P5 其中H1, η2, n3，n4，n5，分別為裂解爐系統(tǒng)中5個(gè)重要回路的性能指標(biāo)；Pi, P2, P3.P4.P5為各回路性能指標(biāo)的權(quán)值，且滿足PAP2+P3+P4+P5 = I? Pi, P2, P3.P4.P5的大小是根據(jù)各工藝變量對(duì)雙烯收率的靈敏度確定的。
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK104199296SQ201410403756
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】王昕 , 劉學(xué)彥 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)