软测量技术在 smb 色谱分离过程中的应用

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1、软测量技术在SMB色谱分离过程中的应用1，212李凌，井元伟，袁德成（1.东北大学.信息科学与工程学院，辽宁，沈阳，110004；2.沈阳化工学院.信息工程学院，辽宁，沈阳，110142）摘要：针对SMB色谱分离过程中组分纯度难于实时在线测量的问题,建立了一种基于BP神经网络的软测量模型。首先对实际生产中的原始数据，经过过失误差剔除及滤波处理后得到一套训练数据和校验数据组成训练样本，然后采用BP神经网络进行训练，得到组分纯度的非参数模型。为加快网络收敛速度，采用改进BP算法对其进行训练。在MATLAB工作平台上进行了大量的仿真研究，对该模型进行验证，仿真结果表明，该方法

2、的有效性。关键词：模拟移动床;软测量;人工神经元网络;BP算法;改进BP算法中图分类号：TP274文献标识码：BSoft-SensorTechnologyinSMBChromatogramSeparationProcess1，212LILing,JINGYuan-wei,YUANDe-cheng(1,CollageofInformationScience&Engineering,NortheasternUniversity,LiaoningShenyang110006,China;2,SchoolofInformationEngineering,ShenyangInst

3、ituteofChemicalTechnology,LiaoningShenyang110142,China)Abstract:InordertorealizetheonlinemeasurementinSMBseparationprocess,asoftsensormodelbasedonBPneuralnetworkwhichmeasurestwocomponentspurityisbuiltup.Firstbyfilterprocessofpracticalprimaldata,thetrainingsamplesaregained.Thenthenonparam

4、etricmodeloncomponentpurityisdevelopedbyuseofBPneuralnetwork.ImprovedBPalgorithmisappliedtofastconvergence.MuchcomputersimulationonMatlabvalidatesthismethod.Keywords:Simulatedmovingbed;Soft-sensor;Artificialneuralnetwork(ANN);BPalgorithm;ImprovedBPalgorithm1引言在过程控制中，存在着一个重要问题就是过程输出变量的估计，

5、许多工业过程由于受工艺和技术的限制，输出变量难以检测出来，比如产品浓度、精馏塔的塔板效率、产品组分、生物发酵罐的生物量参数、高炉铁水的硅含量等指标都难以检测出来，这就给过程控制和监测带来困难。以往生产中常用方法是每隔几小时采样一次，送实验室进行人工分析，然后再根据人工分析值进行调整，这显然要滞后几个小时，远远不能满足在线控制的要求。为了解决这个问题，目前一般采用两种方法：一种是间接测量，它利用一些辅助可测变量去估计难以测量的变量，即软测量方法；另一种方法就是使用在线分析仪。但目前在线分析仪表的价格昂贵，维护保养复杂，需配备专门人员，同时它仍有10-20min的测量滞后，

6、且其分析数据的可靠性也有待进一步提高。因此本文主要研究基于神经网络的软测量技术，实现SMB组分在线测量。这种软仪表主要是通过一些较容易测量的工艺参数来间接获得组分纯度值。目前，软测量技术已成为控制领域研究的一个热点。软测量技术主要包括四个方面：（1）辅助变量选择；辅助变量的选择就是从可测变量集中确定适当数目的变量构成辅助变量集。（2）测量数据处理；测量数据处理包括对建模历史数据的分析、校正和对实时测量数据的变换、误差处理等。历史数据的处理包括数据的筛选、显著误差的剔除、一致性分析和处理等。实时测量数据传递给软测量系统之后和交由软测量模型处理之前，需要进行误差处理和数据变

7、换。（3）软测量模型建立；软测量模型的建立有基于机理的建模方法、基于输入输出数据的模型辨识方法与智能辨识方法、基于机理与输入输出数据的混合建模方法。（4）软测量模型在线校正也是很重要的一环，它保证了软测量模型能够适应生产过程的变[1]化。１2SMB色谱分离过程工作原理SMB技术是将多个色谱柱串联，通过不断改变各股物料的进出口位置实现固液两相的相对移动而达到物质的连续分离的目的。SMB色谱分离技术具有分离能力强，设备体积小，投资成本低，并特别有利于分离热敏性高及难分离的物系等优点。其应用范围遍及石油、精细化工、生物发酵、医药食品等[2~4]