软测量模型生成系统研究与应用

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软测量技术是一门有着广阔发展前景的新兴工业技术,在工业中应用越来越多。软测量模型的建立与实施本身是一项费时、费力、异常烦琐的工作。在实际的软测量建模工作中,若没有功能完善的专用建模工具,工程人员则需要投入很大精力自己编写软测量各种相关程序:这不仅需要工程人员对软测量技术有深入到具体算法的能力,而且必然耗去他们很多时间使其不能专注于软测量模型的具体设计与实施。因而,拥有一套软测量建模工具对于提高工程人员的建模工作效率无疑有很大的帮助。国外一些公司以商品化软件的形式推出各种软测量仪表,但这些软件价格昂贵;国内在软测量理论研究和应用方面也进行了大量的工作,但是真正做到成熟商品软件的还很少。另外,从查阅的资料来看,国内外推出的软测量软件包一般都是侧重于某种特定的建模方法,对于别的建模方法不予涉及或者提供的功能有限,这就造成用户在建模方法选择上的局限性。 以上情况在一定程度下影响了软测量技术在工业过程中的应用推广。因此,开发一套功能齐全、操作简单、对使用者技术要求低的软测量模型生成系统是很有意义的一个课题。本文在对软测量技术作了深入研究和借鉴国内外软测量软件包开发成果的基础上,对软测量模型生成系统作了开发研究。该系统的主要组成和特点是: (1)提供了选择辅助变量的多种方法。如人工筛选和主元分析筛选等。 (2)提供了多种数据误差处理方法。如3δ法、平均滤波、上下限幅等。 (3)提供了多种软测量模型建立方法。主要分作两大类,一类是回归分析方法,具体包括多元线性回归、多元逐步回归、主元回归等;一类是神经网络方法,包括BP网络和RBF网络。其中BP算法除标准梯度下降法外还提供了6种改进算法。本系统这种集成有多种软测量建模方法的结构使得用户能够在各种方法之间比较选择,从而最终得到一个合适的软测量模型。这一结构改变了目前国内外一些软测量软件包只侧重于某种特定建模方法的状况。 (4)主元分析和神经网络结合建模的内容目前已有不少报道,但将这种方法集成在软测量软件包中的报道还未看到,本系统实现了这一方法。 (5)为了提高系统所建模型的推广能力,本系统采用了“提前停止”方法,克服了一些软测量软件包所建模型拟和精度高而推广能力不佳的缺点。 (6)所建模型结果以图形、公式、数学统计量的形式显示和保存,使用户可以比较选择理想模型。 为了在实际应用中验证本系统的开发效果,本文以某厂丁二烯精馏塔为研究对象,借助本系统对其关键组分作了建模研究。 在本文绪论部分首先对软测量技术作了阐述,然后对国内外在软测量软件包开发上取得的成果作了介绍,最后说明本系统的开发意义和功能特点。在第二章中对软测量模型生成系统的结构和关键技术作了介绍。在接下来的三章中,分别对软测量模型生成系统的各个子系统的实现作了讨论,它们分别是数据预处理子系统、建模子系统和模型校验子系统。在第六章中,将该系统应用于某厂丁二烯精馏塔关键组分的软测量建模研究中,并将各种建模方法的建模效果做了比较。最后一章对本文的工作做了总结并对下一步的工作做了展望。
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