基于二維動(dòng)態(tài)的間歇過(guò)程貝葉斯?fàn)顟B(tài)估計(jì).pdf

1、隨著柔性化生產(chǎn)的趨勢(shì)，間歇過(guò)程在化工、食品、冶金和生物制藥中的比重逐漸增大。在間歇生產(chǎn)中，存在不可測(cè)量或測(cè)量成本較高的過(guò)程變量，這些變量關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量，需要對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本文研究間歇過(guò)程狀態(tài)變量的在線估計(jì)。但間歇過(guò)程有別于連續(xù)過(guò)程的特點(diǎn)，估計(jì)時(shí)存在一些特殊問(wèn)題。由于外界環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、反應(yīng)條件差異等因素影響，不同批次的間歇過(guò)程的操作時(shí)長(zhǎng)可能不等。此外，根據(jù)不同批次內(nèi)同一時(shí)刻的過(guò)程狀態(tài)是否一一對(duì)應(yīng)，間歇過(guò)程又可分為操作軌線對(duì)齊和非

2、對(duì)齊（稱為“漂移”）兩種情況。有些情況下，還可能由于監(jiān)測(cè)器和傳感器故障、網(wǎng)絡(luò)阻塞、人為操作失誤等，使得觀測(cè)數(shù)據(jù)不完整或不可用。針對(duì)間歇過(guò)程狀態(tài)估計(jì)中的上述問(wèn)題，本文分別進(jìn)行研究，并給出相應(yīng)的解決方案。
　　本文介紹了貝葉斯估計(jì)、基于貝葉斯估計(jì)的擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)和無(wú)跡卡爾曼濾波(UKF)的原理;接著闡述和推導(dǎo)了粒子濾波(PF)，PF可用于更一般的非線性非高斯對(duì)象?？紤]到實(shí)際間歇過(guò)程一般在時(shí)間和批次兩個(gè)方向上都具有動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，因

3、此本文將這兩個(gè)維度的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)引入數(shù)學(xué)模型，以更好地反映間歇過(guò)程特點(diǎn)。對(duì)于操作軌線對(duì)齊的不等長(zhǎng)情況，給出了基于二維動(dòng)態(tài)的狀態(tài)空間模型，采用了基于貝葉斯?fàn)顟B(tài)估計(jì)的PF算法，依據(jù)二維狀態(tài)關(guān)聯(lián)來(lái)估計(jì)等長(zhǎng)段狀態(tài)，而非等長(zhǎng)段狀態(tài)則依據(jù)一維狀態(tài)關(guān)聯(lián)進(jìn)行估計(jì)。對(duì)于操作軌跡對(duì)齊的等長(zhǎng)情況，也可在這個(gè)框架下進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)。此外，對(duì)于不完整觀測(cè)問(wèn)題，給出了相應(yīng)解決方案，即利用有效觀測(cè)和粒子權(quán)重的繼承來(lái)進(jìn)行平滑。本文對(duì)一個(gè)非線性間歇過(guò)程和一個(gè)氣相反應(yīng)間歇過(guò)程進(jìn)行

4、仿真，結(jié)果表明了所提方法的有效性，并且，該方法對(duì)不完整觀測(cè)的敏感度也較低。
　　在間歇生產(chǎn)中，更一般的是操作軌線漂移的情況。對(duì)于這種情況，本文提出用動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整(DTW)方法來(lái)匹配相鄰兩個(gè)批次的不等長(zhǎng)狀態(tài)序列，以搜索到最優(yōu)關(guān)聯(lián)狀態(tài)。搜索結(jié)束后，得到最優(yōu)狀態(tài)關(guān)聯(lián)的狀態(tài)空間模型;接著基于該模型，在貝葉斯框架下采用PF算法進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)。對(duì)于操作軌線漂移的等長(zhǎng)情況，也可用該方法進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)。對(duì)不完整觀測(cè)問(wèn)題也給出了解決方案。最后，氣相反應(yīng)