【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于模型预测的稳定膨前柜出口水分的控制方法，属于卷烟制丝。
技术介绍
1、烟草制丝diet膨胀烟丝生产线是烟草工业中的一种重要设备，主要用于制造膨胀烟丝。它的作用是将经过预处理的烟叶进行膨胀处理，使其达到理想的烟丝形态，以便后续的加工和包装。膨胀烟丝生产线前端的膨胀制丝生产线最终输出的物料烟丝为膨前柜出口烟丝，其物料含水率直接影响膨胀烟丝的膨胀效果与膨后水分，因此稳定膨前柜出口水分对于diet膨胀烟丝生产线至关重要，也是烟草工艺考核的关键指标。
2、由于膨前柜出口水分属于滞后输出属性变量，无法直接进行实时的反馈控制，需要进行预估与经验控制，常见的控制方法是在前端工艺的切丝段切前润叶筒进行出口水分的预估修正控制，而物料水分影响因素贮柜时间、贮柜区域温湿度变化、产量计划订单的变化都是未知因素，很难通过人工对切前润叶筒出口水分进行准确预估。
技术实现思路
1、本专利技术在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于模型预测的稳定膨前柜出口水分的控制方法，基于离线历史数据挖掘出影响稳定膨前柜出口水分的相关因子，通过预先拟合出的支持工业底层实时控制的预测模型，以指导前端切丝段切前润叶筒进行出口水分修正控制，实现稳定膨前柜出口水分的目的。
2、为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的。
3、本专利技术提供一种基于模型预测的稳定膨前柜出口水分的控制方法，所述膨前柜段前段工艺为切丝段，所述切丝段前段工艺为切前润叶段，包括：
4、获取
5、对所述相关因子的实时数据进行预处理，得到预处理后的数据；
6、将所述预处理后的数据以及工艺规定的膨前柜出口水分设定值输入预先训练的预测模型，得到切前润叶出口水分预测值；
7、根据所述切前润叶出口水分预测值对切前润叶筒出口水分进行修正；
8、其中，所述预先训练的预测模型的获取方法包括：
9、获取物料水分相关因子以及膨前柜出口水分值的历史数据，其中，所述物料水分相关因子中包括切前润叶出口水分值，所述切前润叶出口水分为所述膨前柜进口水分；
10、对所述历史数据进行预处理，得到相关因子和膨前柜出口水分值的有效数据；
11、根据所述有效数据对切前润叶出口水分值与其他相关因子进行相关性分析，并基于得到的相关性系数对其他相关因子进行选择和分类；
12、基于膨前柜出口水分值的有效数据和分类后的相关因子对预先构建的预测模型进行训练，得到训练好的预测模型。
13、可选地，所述预先构建的预测模型包括tcn模型与lightgbm模型，其中，所述tcn模型用于对模型输入数据进行特征提取，所述lightgbm模型用于根据提取出的特征信息进行目标值预测。
14、可选地，所述获取物料水分相关因子以及膨前柜出口水分值的历史数据，包括：
15、绘制膨胀制丝线工艺流程图；
16、在所述工艺流程图中标识出多组影响物料水分的相关因子；
17、以烟草制丝生产批次为单位，按批导出相关因子以及膨前柜出水口值的批内均值。
18、可选地，所述对所述历史数据进行预处理，得到相关因子和膨前柜出口水分值的有效数据，包括：
19、根据过往生产记录对所述历史数据进行筛选，去除无效批次的数据；
20、根据去除无效批次后的数据绘制历史趋势图，去除离群点批次的数据。
21、可选地，所述根据所述有效数据对切前润叶出口水分值与其他相关因子进行相关性分析，并基于得到的相关性系数对其他相关因子进行选择和分类，包括：
22、利用皮尔逊公式计算所述各相关因子以及膨前柜出口水分值两两之间的相关性系数，并根据所述相关性系数绘制相关性矩阵；
23、根据所述相关性矩阵对其他各相关因子与所述切前润叶出口水分值之间的相关性系数进行筛选，分别得到i类强相关变量xi、ii类间接强相关变量xii以及iii类弱相关变量xiii，并基于制丝工艺以及设备机理获取与所述切前润叶出口水分值直接相关的iv类机理相关变量xiv。
24、可选地，所述基于膨前柜出口水分值的有效数据和分类后的相关因子对预先构建的预测模型进行训练，得到训练好的预测模型，包括：
25、按照相关变量的相关性强弱依次去除ii类、iii类变量中的某个或某些相关变量，得到多组相关变量训练集；
26、基于所述多组相关变量训练集以及对应的膨前柜出口水分值的有效数据得到多组输入因子训练集，并计算每组输入因子训练集的决定系数r2的值，所述决定系数r2的计算公式为：
27、
28、其中，xi表示相关变量，yi表示膨前柜出口水分值；
29、按照决定系数r2的数值高低将多组输入因子训练集依次输入预先构建的lightgbm模型对所述lightgbm模型进行训练直至所述决定系数r2的数值为最大值，得到训练好的lightgbm模型，所述训练好的lightgbm模型的目标函数如下：
30、
31、
32、其中，-gt(x)为梯度下降函数，用于优化新的函数增量，ey表示梯度下降的期望函数，表示损失函数，f(x)＝f't-1(x)表示对前一时刻的函数估计，ρt,θt为优化参数集，argmin(ρ,θ)表示所述优化参数集中任意子集都能使函数[-gt(xi)+ρh(xi,θ)]取最小值，h(·)是一个基础变换函数，ρ表示泰勒展开边界；
33、可选地，所述获取当前工艺流程中物料水分相关因子的实时数据，包括：按照所述最终模型的输入因子组获取其中相关变量的实时数据。
34、可选地，所述对所述相关因子的实时数据进行预处理，得到预处理后的数据，包括：对获取到的相关变量的实时数据进行移动平均值处理，得到相关变量平滑数据。
35、可选地，所述将所述预处理后的数据以及工艺规定的膨前柜出口水分设定值输入预先训练的预测模型，得到切前润叶出口水分预测值，包括：
36、对预先构建的tcn模型复合残差模块的卷积核或扩张因子值进行改变，得到改进后的tcn模型，所述改进后的tcn模型的输出如下：
37、f(x)＝ψ[h1(x),h2(x)…]，
38、
39、其中，x为输入变量，f为卷积核，h(t)表示在时间步t处的输出值，d为空洞因子，*表示卷积运算，t-d,i表示输入序列在时间步t-d处的值，ψ[·]为一系列变换操作，包括空洞因果卷积、归一化、激活函数和dropout层；
40、将所述相关变量平滑数据以及所述膨前柜出口水分设定值输入改进的tcn模型，得到提取出的特征信息，
41、p＝hmap[x'(1),x'(2),...,x'(final)]，
42、x'(l)＝σ(f(x'(l-1))+x'(l-1))，
43、f(x')＝ψ'[out本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于模型预测的稳定膨前柜出口水分的控制方法，所述膨前柜段前段工艺为切丝段，所述切丝段前段工艺为切前润叶段，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于模型预测的稳定膨前柜出口水分的控制方法，其特征在于，所述预先构建的预测模型包括TCN模型与LightGBM模型，其中，所述TCN模型用于对模型输入数据进行特征提取，所述LightGBM模型用于根据提取出的特征信息进行目标值预测。
3.根据权利要求2所述的基于模型预测的稳定膨前柜出口水分的控制方法，其特征在于，所述获取物料水分相关因子以及膨前柜出口水分值的历史数据，包括：
4.根据权利要求3所述的基于模型预测的稳定膨前柜出口水分的控制方法，其特征在于，所述对所述历史数据进行预处理，得到相关因子和膨前柜出口水分值的有效数据，包括：
5.根据权利要求4所述的基于模型预测的稳定膨前柜出口水分的控制方法，其特征在于，所述根据所述有效数据对切前润叶出口水分值与其他相关因子进行相关性分析，并基于得到的相关性系数对其他相关因子进行选择和分类，包括：
6.根据权利要求5所述的基于
7.根据权利要求6所述的基于模型预测的稳定膨前柜出口水分的控制方法，其特征在于，所述获取当前工艺流程中物料水分相关因子的实时数据，包括：按照所述最终模型的输入因子组获取其中相关变量的实时数据。
8.根据权利要求7所述的基于模型预测的稳定膨前柜出口水分的控制方法，其特征在于，所述对所述相关因子的实时数据进行预处理，得到预处理后的数据，包括：对获取到的相关变量的实时数据进行移动平均值处理，得到相关变量平滑数据。
9.根据权利要求8所述的基于模型预测的稳定膨前柜出口水分的控制方法，其特征在于，所述将所述预处理后的数据以及工艺规定的膨前柜出口水分设定值输入预先训练的预测模型，得到切前润叶出口水分预测值，包括：
10.根据权利要求1所述的基于模型预测的稳定膨前柜出口水分的控制方法，其特征在于，所述根据所述切前润叶出口水分预测值对切丝段切前润叶筒出口水分进行修正，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于模型预测的稳定膨前柜出口水分的控制方法，所述膨前柜段前段工艺为切丝段，所述切丝段前段工艺为切前润叶段，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于模型预测的稳定膨前柜出口水分的控制方法，其特征在于，所述预先构建的预测模型包括tcn模型与lightgbm模型，其中，所述tcn模型用于对模型输入数据进行特征提取，所述lightgbm模型用于根据提取出的特征信息进行目标值预测。
3.根据权利要求2所述的基于模型预测的稳定膨前柜出口水分的控制方法，其特征在于，所述获取物料水分相关因子以及膨前柜出口水分值的历史数据，包括：
4.根据权利要求3所述的基于模型预测的稳定膨前柜出口水分的控制方法，其特征在于，所述对所述历史数据进行预处理，得到相关因子和膨前柜出口水分值的有效数据，包括：
5.根据权利要求4所述的基于模型预测的稳定膨前柜出口水分的控制方法，其特征在于，所述根据所述有效数据对切前润叶出口水分值与其他相关因子进行相关性分析，并基于得到的相关性系数对其他相关因子进行选择和分类，包括：
6.根据权利要求5所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭奔，吴丹华，赵平，韩顺起，李汉莹，
申请(专利权)人：浙江中烟工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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