[发明专利]基于观测器的精馏过程单吨能耗预报精度评价方法及系统

权利要求书

1.一种基于观测器的精馏过程单吨能耗预报精度评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立精馏过程的状态空间模型，基于所述状态空间模型得到模型预测值，同时获取精馏过程的观测值；

基于观测值和模型预测值确定状态估计手段，从而得到状态变量的估计值，其中基于观测值和模型预测值确定状态估计手段如下：

其中，A_n和C_n为系统矩阵，n为时刻，为模型预测值，y_n为观测值，为状态变量的估计值，K_n为状态估计增益，Q_n-1为过程噪声协方差，R_n为观测噪声的协方差，P_n为真实值与最优估计值之间的协方差，P_n^-为真实值与预测值之间的协方差；

根据状态变量的估计值，结合精馏过程机理，得到精馏过程单吨能耗预报值；

利用预先确定的单吨能耗预报精度观测器对所述单吨能耗预报值进行评价，其中所述单吨能耗预报精度观测器基于预先求解得到的单吨能耗预报性能指标函数确定，求解单吨能耗预报性能指标函数的方法包括：

确定状态估计目标函数为利用贝叶斯公式将状态估计目标函数等价转换为其中：

根据状态空间模型将等价转换后的状态估计目标函数进一步转换为：

其中，M₁为状态变量x_n的维数，M₂为观测变量y_n的维数；

将进一步转换后的公式代入等价转换后的公式，得到单吨能耗预报性能指标函数：

其中，N为初始时刻到当前时刻时长；

基于单吨能耗预报性能指标函数确定单吨能耗预报精度观测器的方法包括：

建立观测精馏过程单吨能耗预报性能模型为：

其中，表示服从以0为均值为方差的高斯分布，表示服从以0为均值为方差的高斯分布，和表示精馏过程实际状态值和观测值，a_n、c_n和为模型实际参数校正值；

将表示为根据的表达式和单吨能耗预报性能指标函数确定单吨能耗预报精度观测器L_n为：

其中表示在和环境下即实际得到的预报值，表示在δ方向上进行偏导运算，ε是标量；

对单吨能耗预报精度观测器利用求导链式法则，得：

并求解该公式，计算：

其中

当||δ||→0时，将计算公式简化为：

根据简化后的公式和欧拉公式得到并将该公式代入利用求导链式法则后得到的单吨能耗预报精度观测器，得到观测器L_n为：

其中为在方向上的一阶偏导，为在方向上的一阶偏导；

将单吨能耗预报性能模型中的设为：

根据和观测器L_n的表达式得到其中：

并根据公式得到最终的精馏过程单吨能耗预报精度观测器，其中，G_n表示n时刻精馏过程单吨能耗预报精度，f_n为单吨能耗计算函数，L_nⁱ表示L_n^T中第i维，即

2.根据权利要求1所述的基于观测器的精馏过程单吨能耗预报精度评价方法，其特征在于：所述建立精馏过程的状态空间模型的方式包括利用精馏过程机理进行建模或利用精馏过程数据进行建模。

3.根据权利要求2所述的基于观测器的精馏过程单吨能耗预报精度评价方法，其特征在于：所述模型的对象是对整个精馏过程进行建模，或者对精馏过程的具体部分进行建模。

4.根据权利要求1所述的基于观测器的精馏过程单吨能耗预报精度评价方法，其特征在于：根据状态变量的估计值，结合精馏过程机理，得到精馏过程单吨能耗预报值的方法包括：

根据所述状态估计手段和所述状态空间模型在某一时刻进行状态估计，得到状态估计增益以及当前时刻状态变量的估计值；

基于所述状态变量的估计值，结合精馏过程机理，获得单吨能耗预报值。

5.一种基于观测器的精馏过程单吨能耗预报精度评价系统，其特征在于，包括：

模型构建模块，所述模型构建模块用于建立精馏过程的状态空间模型，基于所述状态空间模型得到模型预测值，同时获取精馏过程的观测值；

状态变量估计模块，所述状态变量估计模块用于基于所述观测值和模型预测值确定状态估计手段，从而得到状态变量的估计值，其中基于观测值和模型预测值确定状态估计手段如下：

其中，A_n和C_n为系统矩阵，n为时刻，为模型预测值，y_n为观测值，为状态变量的估计值，K_n为状态估计增益，Q_n-1为过程噪声协方差，R_n为观测噪声的协方差，P_n为真实值与最优估计值之间的协方差，为真实值与预测值之间的协方差；

能耗预报值计算模块，所述能耗预报值计算模块用于根据状态变量的估计值，结合精馏过程机理，得到精馏过程单吨能耗预报值；

能耗预报值评价模块，所述能耗预报值评价模块用于利用预先确定的单吨能耗预报精度观测器对所述单吨能耗预报值进行评价，其中所述单吨能耗预报精度观测器基于预先求解得到的单吨能耗预报性能指标函数确定，所述能耗预报值评价模块包括预报性能指标函数确定单元，所述预报性能指标函数确定单元用于求解单吨能耗预报性能指标函数，方法包括：

确定状态估计目标函数为利用贝叶斯公式将状态估计目标函数等价转换为其中：

根据状态空间模型将等价转换后的状态估计目标函数进一步转换为：

其中，M₁为状态变量x_n的维数，M₂为观测变量y_n的维数；

将进一步转换后的公式代入等价转换后的公式，得到单吨能耗预报性能指标函数：

其中，N为初始时刻到当前时刻时长；

所述能耗预报值评价模块包括预报精度观测器确定单元，所述预报精度观测器确定单元用于基于单吨能耗预报性能指标函数确定单吨能耗预报精度观测器，方法包括：

建立观测精馏过程单吨能耗预报性能模型为：

其中，表示服从以0为均值为方差的高斯分布，表示服从以0为均值为方差的高斯分布，和表示精馏过程实际状态值和观测值，a_n、c_n和为模型实际参数校正值；

将表示为根据的表达式和单吨能耗预报性能指标函数确定单吨能耗预报精度观测器L_n为：

其中表示在和环境下即实际得到的预报值，表示在δ方向上进行偏导运算，ε是标量；

对单吨能耗预报精度观测器利用求导链式法则，得：

并求解该公式，计算：

其中

当||δ||→0时，将计算公式简化为：

根据简化后的公式和欧拉公式得到并将该公式代入利用求导链式法则后得到的单吨能耗预报精度观测器，得到观测器L_n为：

其中为在方向上的一阶偏导，为在方向上的一阶偏导；

将单吨能耗预报性能模型中的设为：

根据和观测器L_n的表达式得到其中：

并根据公式得到最终的精馏过程单吨能耗预报精度观测器，其中，G_n表示n时刻精馏过程单吨能耗预报精度，f_n为单吨能耗计算函数，L_nⁱ表示L_n^T中第i维，即