纸页抗张强度在线预测模型的研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangliu2009
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造纸过程中,由于抗张强度不够引起断纸,从而中断生产,不仅影响产量而且浪费大量能源。在现实生产中,为了减少断头且满足抗张强度的质量要求,通常探用提高抗张强度质量指标的生产方式,因而导致了原料和能源单耗的增加。因此,如能在线(现场)预测和监控纸页抗张强度,不仅可以控制产品抗张强度质量而且能减少纸页断头,减少能耗。本研究以纸页抗张强度为对象,探索现场纸页抗张强度预测模型建立方法。本研究针对现有纸页抗张强度预测模型进行改进,首次提出基于实际生产参数为自变量的纸页抗张强度模型。论文主要研究内容如下:(1)根据影响抗张强度因素理论知识,结合实际生产情况,选择22个生产参数作为自变量建立偏最小二乘纸页抗张强度模型。PLS模型表达式为:ypre=β0+β1x1+β2x2+…+βpxp其中,β0为PLS模型的常数项,p=1,2,…,22,各参数回归系数能够通过Matlab程序求出。PLS模型预测均方根平均误差RMSE为276N·m-1、平均相对误差MRE为5.17%和皮尔逊相关系数r为0.732,表明模型能够应用于预测纸页抗张强度。此外有PLS建模的VIP值确定对该厂瓦楞原纸抗张强度有重要影响的为6个生产变量,通过对这些关键因素的机理分析和现场验证,表明这些获得的关键因素具有良好的机理解释性,从而对所涉及的生产参数提出指导意见。(2)根据实际生产情况变化和PLS模型前期工作,增加和删减模型部分自变量,使用SVM模型自变量个数由22个增加到30个。结果表明,线性核函数更适合本研究使用,经过优化该线性SVM模型惩罚参数c,其结果为3.3137,得出SVM模型的表达式,为其中支持向量机个数n为71,支持向量W,为71*1的矩阵,支持向量xi为71*30的矩阵。SVM模型预测结果中r为0.882,为高相关性,RMSE为313N*m-1和MRE值为6.95%较低,表明该方法能够应用于预测纸页抗张强度。(3)提出PLS-SVM混合建模方法,首先通过截尾方式,在PLS模型中选取6个主成分,进行SVM建模。结果表明线性核函数更适合本研究使用。最后优化该线性SVM模型的惩罚参数c,其结果为1.6245。据此,PLS-SVM模型最终表达式为:其中支持向量机个数n为153,支持向量W,为153*1的矩阵,支持向量xi为153*6的矩阵,其余变量可通过PLS计算原则和标准化处理原理求得。PLS-SVM模型最优预测精度是r为0.912,为高相关性,表现出预测值与实测值较好吻合度,RMSE为277N*m-1和MRE值为6.05%较低,表明该方法的可行性。(4)为提出适合现场测量的纸页抗张强度预测模型,通过模型的精度和模型实用性进行评价得出。结合模型精度、运行时间、工厂可行性分析,综合考虑,适合现场纸页抗张强度预测模型最优选择排序为:SVM模型>PLS模型>PLS-SVM模型(5)文中在确定最优建模方法后,基于Visual Studio平台,提出模型实际现场应用性的设计要求;通过C#和ASP.NET程序对DCS数据采集和访问,加载SVM模型,设计出纸页抗张强度预测平台。并通过网络访问形式能够查询纸页抗张强度历史数据曲线和实时显示抗张强度预测数据,基本实现工业实际现场应用。
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