专利名称：聚合物熔融指数的软测量方法
技术领域：
本发明涉及高分子领域，尤其涉及一种聚合物熔融指的软测量方法。
背景技术：
随着经济的发展，市场对聚合物产品的多样化需求越来越高。这就要求聚合反应生产过程必须能够生产多种产品，并且能够实现不同产品之间低成本、快速地切换。但是，由于聚合产物在反应器内停留时间较长(一般3-5小时)，导致反应器出口产品质量指标不能实现瞬间切换，因而切换时间较长(一般4-20小时)，并且产生大量的、不合格的过渡产品，造成较大的经济损失。在这一切换过程中，经常考虑的质量指标是熔融指数，但是由于技术或经济上的原因，很难通过在线过程仪表进行测量，往往需要实验室化验，因而耗时较长(2-4小时)。这意味着在关键的动态切换过程中，我们只能得到2-3个熔融指数的样本值，而通过一般的建模方法很难获得较为准确的模型。同时，由于聚合反应生产过程需要在熔融指数的较大范围中实现不同产品间的频繁切换，因而整个过程有着较强的非线性特性。目前针对熔融指数的建模方法主要有两种，分别是机理建模和数据驱动建模。对机理建模方法而言，理论上机理模型能够抓住动态反应的本质特征并且能够描述过程在较大范围内变化，但是前提是需要大量的复杂微分方程以及非常准确的物化参数。而这些方程的建立和参数的估计代价较高，往往很难准确获取。因此，单纯基于机理模型的软测量方法很难得到广泛应用。而对于单纯的数据驱动方法而言，虽然不需要那么复杂的建模过程，通过数据就能实现对参数的估计，但是由此得到的模型由于没有考虑对象本身的物化特性和结构信息，仅仅能够很好地适用于已有的训练数据，因此在实际应用中也很难得到广泛的应用。而对于存在不确定性且有着较强非线性的聚合反应过程，单纯的数据驱动方法很难适应对象在较大范围内的频繁变动。此外，数据驱动方法的优势是建立样本值相对较多的稳态过程的系统模型；对于关键的动态切换过程，由于熔融指数的真实样本值非常稀少，导致单纯的数据方法很难准确把握反应的动态特性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种建模难度低、测量精度高的聚合物熔融指的软测量方法。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种聚合物熔融指数的软测量方法，包括:确定第一阶段自适应链接超平面模型、第二阶段静态模型和第三阶段脉冲响应模型；读取并输入操作变量的在线测量值至所述第一阶段自适应链接超平面模型，以获得气体分压的在线实时估计值；将所述气体分压的在线实时估计值输入至所述第二阶段静态模型中，以获得瞬时熔融指数的估计值；将所述瞬时熔融指数的估计值输入至所述第三阶段脉冲响应模型，以获得所述累积熔融指数的估计值。
在一个实施例中，在所述确定第一阶段自适应链接超平面模型的步骤中，进一步包括，第一确定步骤，确定输入变量以及输出变量，建立所述第一阶段自适应链接超平面模型的表达式；第二确定步骤，确定所述输入变量的阶次；第三确定步骤，确定所述第一阶段自适应链接超平面模型的建模参数。在一个实施例中，在所述第二确定步骤中，进一步包括，获得多组关于输入变量和输出变量的数据样本；基于所述数据样本和所述第一阶段自适应链接超平面模型的表达式，运用AUDI算法，获得设定条件下的最大阶次，其中，所述设定条件为假定各个输入变量的阶次相同；运用最小二乘法建立回归模型，运用T检验分析得到每个输入变量的显著性；将显著性小于设定显著水平值的滞后变量去除，以确定各个输入变量的阶次。在一个实施例中，第三确定步骤进一步包括，确定所述第一阶段自适应链接超平面模型的分割节点的个数和基函数的个数；基于所述各个输入变量的阶次、分割节点的个数和基函数的个数来确定所述建模参数。在一个实施例中，在确定所述第一阶段自适应链接超平面模型的分割节点的个数和基函数的个数的步骤中，进一步包括，设定所述分割节点的个数的最小边界和最大边界，形成一维的搜索空间；遍历所述搜索空间中的所有分割节点个数，基于当前分割节点个数来运行分片线性建模算法以确定所述分割节点个数；基于确定的分割节点个数，选取所述基函数个数的初始值；从所述初始值开始，依次增加所述基函数个数，并基于分片线性建模算法，确定所述基函数个数。在一个实施例中，在所述输入变量为各组分的进料流量7^」》、温度T、总压P、料
位L，以及所述输出变量为气体分压pM，i=l，2，3…η时，通过如下表达式来表示所述第一阶段自适应链接超平面模型，
权利要求
1.一种聚合物熔融指数的软测量方法，包括: 确定第一阶段自适应链接超平面模型、第二阶段静态模型和第三阶段脉冲响应模型；读取并输入操作变量的在线测量值至所述第一阶段自适应链接超平面模型，以获得气体分压的在线实时估计值； 将所述气体分压的在线实时估计值输入至所述第二阶段静态模型中，以获得瞬时熔融指数的估计值； 将所述瞬时熔融指 数的估计值输入至所述第三阶段脉冲响应模型，以获得所述累积熔融指数的估计值。
2.根据权利要求1所述的软测量方法，其特征在于，在所述确定第一阶段自适应链接超平面模型的步骤中，进一步包括， 第一确定步骤，确定输入变量以及输出变量，建立所述第一阶段自适应链接超平面模型的表达式； 第二确定步骤，确定所述输入变量的阶次； 第三确定步骤，确定所述第一阶段自适应链接超平面模型的建模参数。
3.根据权利要求2所述的软测量方法，其特征在于，在所述第二确定步骤中，进一步包括， 获得多组关于输入变量和输出变量的数据样本； 基于所述数据样本和所述第一阶段自适应链接超平面模型的表达式，运用AUDI算法，获得设定条件下的最大阶次，其中，所述设定条件为假定各个输入变量的阶次相同； 运用最小二乘法建立回归模型，运用T检验分析得到每个输入变量的显著性； 将显著性小于设定显著水平值的滞后变量去除，以确定各个输入变量的阶次。
4.根据权利要求3所述的软测量方法，其特征在于，第三确定步骤进一步包括， 确定所述第一阶段自适应链接超平面模型的分割节点的个数和基函数的个数； 基于所述各个输入变量的阶次、分割节点的个数和基函数的个数来确定所述建模参数。
5.根据权利要求4所述的软测量方法，其特征在于，在确定所述第一阶段自适应链接超平面模型的分割节点的个数和基函数的个数的步骤中，进一步包括， 设定所述分割节点的个数的最小边界和最大边界，形成一维的搜索空间； 遍历所述搜索空间中的所有分割节点个数，基于当前分割节点个数来运行分片线性建模算法以确定所述分割节点个数； 基于确定的分割节点个数，选取所述基函数个数的初始值； 从所述初始值开始，依次增加所述基函数个数，并基于分片线性建模算法，确定所述基函数个数。
6.根据权利要求5所述的软测量方法，其特征在于，在所述输入变量为各组分的进料流量^μ,— 、温度T、总压P、料位L，以及所述输出变量为气体分压，i=l，2，3…η时，通过如下表达式来表示所述第一阶段自适应链接超平面模型，
7.根据权利要求1至6中任一项所述的软测量方法，其特征在于，在确定第二阶段静态模型的步骤中，进一步包括， 获得多组关于气体分压和瞬时熔融指数的稳态数据样本； 选择并建立具有线性特征的稳态模型表达式； 基于所述稳态数据样本和所述稳态模型表达式，运用最小二乘法获得所述稳态模型表达式中的参数以确定第二阶段静态模型。
8.根据权利要求7所述的软测量方法，其特征在于，通过以下表达式来表示所述第二阶段静态模型，
9.根据权利要求1至8中任一项所述的软测量方法，其特征在于，在确定第三阶段脉冲响应模型的步骤中，进一步包括， 获得关于瞬时熔融指数和累积熔融指数的样本； 基于脉冲响应模板建立卷积模型以构成动态软测量模型的表达式； 基于关于瞬时熔融指数和累积熔融指数的样本和所述表达式，根据设定的优化问题，实现所述动态软测量模型优化求解，以确定所述第三阶段脉冲响应模型。
10.根据权利要求9所述的软测量方法，其特征在于，通过以下表达式来表示所述第三阶段脉冲响应模型，
11.根据权利要求10所述的软测量方法，其特征在于，通过以下表达式表示所述设定的优化问题，
全文摘要
本发明公开了一种聚合物熔融指数的软测量方法，包括确定第一阶段自适应链接超平面模型、第二阶段静态模型和第三阶段脉冲响应模型；读取并输入操作变量的在线测量值至所述第一阶段自适应链接超平面模型，以获得气体分压的在线实时估计值；将所述气体分压的在线实时估计值输入至所述第二阶段静态模型中，以获得瞬时熔融指数的估计值；将所述瞬时熔融指数的估计值输入至所述第三阶段脉冲响应模型，以获得所述累积熔融指数的估计值。本发明基于机理分析融合数据建模和机理建模的优点，使得模型能够适应过程较大范围内的波动，同时较容易地获得了模型参数，因此适用于聚合反应过程质量指标的在线测量。
文档编号G06F19/00GK103150475SQ20131007051
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者黄德先, 魏宇杰, 江永亨, 吕文祥, 高莘青 申请人:清华大学