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基于高斯混合模型的时变过程软测量建模

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表目录

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1 绪论

1.1 课题背景和研究意义

1.2 软测量建模的研究内容和研究现状

1.2.1 软测量的基本概念及步骤

1.2.2 软测量建模的主要方法

1.3 软测量建模存在的问题

1.3.1 过程时变

1.3.2 过程非高斯

1.3.3 过程非线性

1.4 本论文的研究内容及安排

2 时变过程软测量建模方法

2.1 引言

2.2 基本的线性回归方法

2.2.1 最小二乘(Least Square,LS)

2.2.2 主成分回归(Principal Component Regression,PCR)

2.2.3 偏最小二乘(Partial Least Square,PLS)

2.3 时变软测量建模方法

2.3.1 递归偏最小二乘法(RPLS)

2.3.2 快速滑动窗PCA(FMWPCA)

2.3.3 即时学习(Just-In-Time-Learning)

2.4 本章小结

3 基于高斯混合模型的即时学习建模方法

3.1 引言

3.2 高斯混合模型(Gaussian Mixture Model)

3.3 基于自适应高斯混合模型(GMM)的即时学习(JITL)

3.3.1 高斯混合模型递归更新

3.3.2 自适应建模步骤

3.4 仿真实验

3.4.1 数值例子

3.4.2 Debutainzer仿真例子

3.5 本章小结

4 基于高斯混合模型的局部加权偏最小二乘(LWPLS)建模

4.1 引言

4.2 局部加权偏最小二乘回归(LWPLS)

4.3 基于自适应高斯混合模型的权值选择方法

4.4 Debutainzer仿真

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 研究工作总结

5.2 研究工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间完成的学术论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目

个人简历

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摘要

在实际工业过程中,为了确保重要产品质量、生产安全及操作的平稳,需要对与质量密切相关的过程变量进行实时监测和控制。然而由于实际的环境条件和技术的限制,也存在一些变量无法用传感器直接检测。这些变量虽然有些可以用在线分析仪表进行测量,但是在线分析仪维护难、成本高、滞后较大,无法满足实时控制的要求。因此采用软测量建模的方法对其进行在线预测。
  软测量模型投入运行后,由于催化剂老化、设备老化、原料变化、产品质量要求改变等过程时变特性以及样本的不完整,软测量模型可能不再适应当前工况,继续采用之前的模型进行在线预测,易出现“模型老化”的现象,导致精度降低,模型的输出预测值与真实值产生较大的偏差。因此在实际工业过程中需要对模型进行在线的自适应更新,采用新的样本数据对模型参数进行校正,以适应过程特性,保证模型的预测精度。
  本文针对工业过程的时变性、非高斯、非线性,提出了基于高斯混合模型的过程软测量方法。主要研究成果和内容如下:
  (1)针对非高斯时变过程,提出了一种基于自适应高斯混合模型(GMM)的即时学习(JITL)软测量建模方法。该方法基于GMM相似度定义准则充分考虑过程非高斯性,选择合适的相似样本,然后利用相似样本数据构建局部偏最小二乘回归模型。仿真验证该方法能有效处理过程非高斯性并提高模型预测精度。
  (2)针对非线性时变过程,提出基于高斯混合模型(GMM)的局部加权偏最小二乘回归(LWPLS)软测量建模方法。该方法采用改进的相似度选择相似样本并将改进的相似度作为样本输入输出权值,以构建局部加权模型。通过仿真验证了该方法在处理非线性时变过程具有优越性。
  最后,总结了本文的主要研究成果,并阐述了未来研究工作的难点及展望。

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