基于混合核函数的间歇过程统计建模和监测方法研究

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1、万方数据锌卷昙／J大’UDC作者姓名：指导教师：密级学位论文基于混合核函数的间歇过程统计建模和监测方法研究黎雪贾明兴教授东北大学信息科学与工程学院申请学位级别：硕士学科类别：工学学科专业名称：控制理论与控制工程论文提交日期：2014年6月学位授予日期：2014年7月评阅人：高宪文王小刚论文答辩日期：答辩委员会席：东北大学2014年6月关守平万方数据AThesisincontroltheoryandcontrolengineeringIIllIlllllIlllUIIUlY2990333ResearchonStatisticalPerformanceMonitoringandCo

2、ntrolofBatchProcessesBasedontheMixed．．KernelFunctionByLiXueSupelwisor：ProfessorJiaMingxingNortheasternUniversityJune2014万方数据独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：日期：Ⅻ心6，助学位论文版权使用授权书本学位论文作者

3、和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口两年√学位论文作者签名：签字日期：力傩6，坼导师签名：亥吲学签字日期：切C啦0、2P万方数据东北大学硕士学位论文摘要基于混合核函数的间歇过程统计建模和监测方法研究摘要间歇过程作为工业生产过程中的一种重要的生产方式，已被广泛应用于生物制药、食品加工、精细化工等领域。对间歇过程进行监控以发现生产过程中的非正

4、常情况，保证生产的安全可靠运行具有重要意义。然而，间歇生产过程数据具有多批次、多阶段、非线性、动态等复杂特性，其建模和在线监测也更加困难，已成为重要的研究课题。间歇生产过程监测往往是以三维数据为基础的，按照统计原理通常需要大量数据样本。本文在分析间歇过程数据动态非线性特性基础上，以逐渐成熟的动态和非线性技术为根本，针对间歇生产过程的非线性特性和动态特性，将核技术(KeCA)弓I入到DPCA算法中，提出了一种可以以单批次数据为建模数据的DKPCA的间歇生产过程在线监控方法。该方法以一个批次数据为对象，进行时间序列上的扩展和输入空间到特征空间的非线性映射，并在特征空间里计算统计特征

5、，来描述这个批次建模数据的数据结构特征。该方法的好处是可以单批次数据建模，克服数据不等长问题，在线监测不需要估计未来数据。但需要确定有效地核函数和参数。针对DKPCA核函数选择问题，提出了一种混合核函数方法，可以很好的刻画过程的非线性。核函数的选择为高斯核函数和多项式核函数的组合核，其参数及其权系数以寻优的方法确定。通过分析统计监控的原理，确定了以SPE控制量服从z2分布为第一目标，SPE统计量滑动窗的均值与总均值比值累加和最小为第二目标的优化模型。针对模型非线性，难以数学表达，采用了粒子群算法对混合函数中的参数、权系数进行寻优。在青霉素发酵过程中，很多控制参数对发酵过程有重要

6、的影响，对这些参数的变化进行在线监测可以使人们了解整个发酵过程的状态，从而可以及时做出相应调整，保证发酵过程的稳定运行。通过分析青霉素发酵过程的重要影响因素，选择了通风率、搅拌功率、温度等10个变量作为监测变量，采用优化DKPCA方法进行监测。通风率、搅拌功率、底物流加速率三种阶跃故障仿真结果表明，提出的方法是有效的。关键词：间歇过程；动态核主元分析；混合核函数；粒子群算法万方数据东北大学硕士学位论文AbstractResearchonStatisticalPerformanceMonitoringandControlofBatchProcessesBasedontheMixe

7、d．KemelFunctionAbstractBatchprocesses}asanimportantindustryproduction，whichhavebeenwidelyappliedtobio-pharmaceuticals．foodandfinechemicaletc．Tomonitortheintermittentprocesstodetecttheabnormalsituationintheprocessofproduction，it’Sgreatsignificanceto