基于非线性动态全局局部保留投影算法的乙烯精馏塔状态监控方法技术

本发明专利技术公开了一种基于非线性动态全局局部保留投影算法(NDGLPP)的乙烯精馏塔状态监控方法，所述方法包括：(1)对乙烯精馏塔正常工况下的生产过程数据进行标准化处理；(2)对标准化后的数据构造动态扩展矩阵；(3)对动态扩展矩阵使用构造多项式投影解决过程的非线性，建立NDGLPP模型；(4)计算NDGLPP模型的SPE和T

【技术实现步骤摘要】
基于非线性动态全局局部保留投影算法的乙烯精馏塔状态监控方法
本专利技术属于状态监控
，具体涉及一种乙烯精馏塔状态监控方法。
技术介绍
精馏是一种广泛应用于化工、石油、轻工等生产过程中的传质工艺。它利用混合材料中各组分挥发性的差异，即相同温度下各组分的饱和蒸汽压差异，来分离其组分，高挥发性组分称为轻组分，低挥发性组分称为重组分。一般精馏装置由蒸馏塔、冷却塔、再沸器、回流罐、回流泵组成。精馏塔是精馏过程中的关键设备，它将原料分成不同的馏分，每个馏分的产品可以作为后续馏分的原料出售，也可以直接作为混合后的成品出售。生产过程如下：原料经加热炉加热，加热至所需温度后，原料板进入精馏塔，蒸馏后分离成不同的组分。在一段时间内，各组分的含量受多种因素的影响，如进料成分、温度、流量、各塔板的温度和压力、各侧线的产量、回流流量等。精馏塔作为石油化工生产中重要的传质传热设备，其运行直接影响到石油化工企业的经济效益。图1为乙烯精馏系统工艺流程图，来自乙烯干燥器的物料在乙烯精馏塔DA-402中进行乙烯和乙烷的分割。如果能及时有效地排除故障，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非线性动态全局局部保留投影算法的乙烯精馏塔状态监控模型的建模方法，其特征在于，所述方法包括：/n(1)对乙烯精馏塔正常工况下的生产过程数据进行标准化处理；/n(2)对步骤(1)得到的标准化后的正常工况下的生产过程数据构造动态扩展矩阵；/n(3)对步骤(2)构造的动态扩展矩阵使用构造多项式投影解决过程的非线性，建立非线性动态全局局部保留投影算法统计模型；和/n(4)计算步骤(3)得到的非线性动态全局局部保留投影算法统计模型的SPE统计量和T

【技术特征摘要】
1.一种基于非线性动态全局局部保留投影算法的乙烯精馏塔状态监控模型的建模方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)对乙烯精馏塔正常工况下的生产过程数据进行标准化处理；
(2)对步骤(1)得到的标准化后的正常工况下的生产过程数据构造动态扩展矩阵；
(3)对步骤(2)构造的动态扩展矩阵使用构造多项式投影解决过程的非线性，建立非线性动态全局局部保留投影算法统计模型；和
(4)计算步骤(3)得到的非线性动态全局局部保留投影算法统计模型的SPE统计量和T2统计量，任选地求取SPE统计量和T2统计量的控制限。


2.如权利要求1所述的基于非线性动态全局局部保留投影算法的乙烯精馏塔状态监控模型的建模方法，其特征在于，步骤(1)中，乙烯精馏塔正常工况下的生产过程数据的样本数不少于900个，数据标准化是基于原始数据的均值和标准差进行的标准化，标准化后的数据呈现均值为0、方差为1的正态分布。


3.如权利要求1所述的基于非线性动态全局局部保留投影算法的乙烯精馏塔状态监控模型的建模方法，其特征在于，步骤(2)中，对标准化后的数据引入动态窗口，去除过程变量在时间序列的自相关，动态扩展矩阵的窗口宽度w和动态步数h满足：w＝h+1，滞后数据样本是窗口内所有数据样本的拼接。


4.如权利要求1所述的基于非线性动态全局局部保留投影算法的乙烯精馏塔状态监控模型的建模方法，其特征在于，步骤(3)中，所述使用构造多项式投影解决过程的非线性包括以下两步：
第一步，使用全局局部保留投影算法对步骤(2)构造的动态扩展矩阵X进行降维，得到低维映射空间Z(0)；
其中，全局局部保留投影算法的目标函数J(a)GLPP定义如下：



式中，a为投影向量；yi和yj为映射到低维空间的向量；引入参数η来调节全局结构保持和局部结构、保持两个目标之间的平衡，0≤η≤1；Wij是n×n阶关系矩阵W中的元素、代表样本点xi和xj之间的近邻关系；M＝ηC-(1-η)L'，L'＝X(D-W)XT，D是对角矩阵；
求取矩阵M的前d个较大的特征值和对应的特征向量，前d个较大的特征值所对应的特征向量构成投影矩阵A(0)，d为可调参数；矩阵X的低维映射空间Z(0)表示如下：



第二步，对Z(0)建立二次多项式映射，得到映射后的数据样本



其中，是矩阵Z(0)的元素，d代表前述较大特征值的个数；
通过以下方式对映射后的数据矩阵迭代获得高阶非线性映射，指定非线性映射的阶数为ο，对应阶数ο的迭代次数为
首先设定初始值G(0)：
G(0)＝[g1(0)T,...,gn(0)T]T(4)
当k≥1时，使用全局局部保留投影算法降维：
Z(k)＝AT(k)G(k-1)(5)
其中，A(k)为对矩阵G(k-1)参照第一步中的方法使用全局局部保留投影算法降维得到的投影矩阵；
对Z(k)建立二阶多项式映射：



G(k)＝[g1(k)T,...,gn(k)T]T(7)
其中，是矩阵Z(k)的元素，d代表前述较大特征值的个数；
在式(5)的迭代过程中，较大特征值的个数始终确定为d个保持不变。


5.如权利要求1所述的基于非线性动态全局局部保留投影算法的乙烯精馏塔状态监控模型的建模方法，其特征在于，步骤(4)中，使用核密度估计的方法求取T2统计量和SPE统计量的控制限。


6.一种基于非线性动态全局局部保留投影算法的乙烯精馏塔状态监控方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)对乙烯精馏塔正常工况下的生产过程数据进行标准化处理；
(2)对步骤(1)得到的标准化后的正...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜文莉，王振雷，叶贞成，赵亮，钱锋，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31