軟測(cè)量模型自適應(yīng)校正與高溫場軟測(cè)量方法研究.pdf

1、為了保證生產(chǎn)的安全進(jìn)行,提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗,需要對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。軟測(cè)量技術(shù)利用能夠測(cè)量或能夠精確測(cè)量的過程參數(shù)作為輔助變量,基于輔助變量和主導(dǎo)變量的數(shù)學(xué)模型,實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀表無法測(cè)量的過程參數(shù)的在線預(yù)測(cè),因而成為檢測(cè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。
　　但是,目前軟測(cè)量技術(shù)研究缺乏系統(tǒng)規(guī)范的理論框架:而在實(shí)際應(yīng)用中,軟測(cè)量模型性能隨著過程特性的變化而逐漸惡化,因此需要通過在線校正來維護(hù)模型的測(cè)量性能,但傳統(tǒng)的大多數(shù)軟

2、測(cè)量模型校正方法因存在“盲目校正”問題,其校正效果和實(shí)時(shí)性有待提高。
　　溫度是高溫生產(chǎn)中重要的過程參數(shù),但傳統(tǒng)的接觸式測(cè)溫方法存在響應(yīng)時(shí)間長、無法在線連續(xù)測(cè)量、不能給出對(duì)象溫度場等缺點(diǎn)。基于彩色CCD圖像傳感器的高溫場非接觸測(cè)溫方法雖能實(shí)現(xiàn)高溫場的在線測(cè)量,但作為其測(cè)溫理論基礎(chǔ)的大多是基于理想化假設(shè)而推導(dǎo)出的比色測(cè)溫公式,實(shí)際應(yīng)用中,因理想化假設(shè)不能滿足,導(dǎo)致其測(cè)溫誤差較大,測(cè)量精度不足。
　　論文針對(duì)上述問題進(jìn)行研究,構(gòu)

3、建了系統(tǒng)規(guī)范的軟測(cè)量技術(shù)理論框架,該框架由軟測(cè)量技術(shù)定義、實(shí)現(xiàn)步驟、實(shí)施方法(輔助變量選擇、數(shù)據(jù)預(yù)處理、建模、模型維護(hù))三部分構(gòu)成;提出了一種目的性和針對(duì)性較強(qiáng)的軟測(cè)量模型性能監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)及其自適應(yīng)校正方法;開發(fā)了基于彩色CCD圖像傳感器的高溫場軟測(cè)量系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容及成果如下:
　　(1)提出了一種新型的軟測(cè)量模型性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。與傳統(tǒng)的基于預(yù)測(cè)均方誤差或均方根誤差的指標(biāo)相比,該指標(biāo)具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):
　?、俨捎眉訖?quán)均值濾波減小

4、離線測(cè)量噪聲對(duì)模型性能評(píng)價(jià)的影響,避免由于離線噪聲導(dǎo)致校正功能的誤觸發(fā);
　?、诨谀Ｐ偷脑O(shè)計(jì)性能對(duì)其當(dāng)前性能進(jìn)行客觀地評(píng)價(jià),使評(píng)價(jià)指標(biāo)具有更為明確的物理意義。利用這一指標(biāo)可對(duì)軟測(cè)量模型性能進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè),從而提高了模型校正的目的性和針對(duì)性,解決了“盲目校正”問題。
　　(2)提出了一種基于頻譜特征分析的過程特性變化類型判別方法。首先采集生產(chǎn)過程中穩(wěn)態(tài)、漸變和突變工況下軟測(cè)量模型性能評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù),然后使用不同工況下評(píng)價(jià)指標(biāo)曲

5、線的頻譜特征訓(xùn)練過程特性變化類型分類器,并利用該分類器判別過程特性變化類型。
　　(3)提出了一種基于離線測(cè)量數(shù)據(jù)和工況判別的軟測(cè)量模型自適應(yīng)校正方法。當(dāng)在線監(jiān)測(cè)的模型性能評(píng)價(jià)指標(biāo)超過預(yù)定統(tǒng)計(jì)限時(shí),才觸發(fā)軟測(cè)量模型校正功能;然后利用過程特性變化類型分類器判別工況變化類型并采取相應(yīng)的模型校正措施:若過程特性漸變,則利用新的離線測(cè)量值對(duì)模型進(jìn)行遞推校正;若過程特性突變,則在歷史數(shù)據(jù)中選取與當(dāng)前測(cè)量點(diǎn)相似的樣本構(gòu)建局部建模樣本集,進(jìn)行模

6、型重構(gòu)。通過對(duì)不同類型的過程特性變化類型采用不同的模型校正方法,在保證測(cè)量實(shí)時(shí)性的同時(shí),有效地解決了傳統(tǒng)校正方法的“盲目校正”和校正缺乏針對(duì)性的問題,校正頻率明顯低于傳統(tǒng)校正方法,而校正效果則優(yōu)于傳統(tǒng)方法,顯著提高了軟測(cè)量系統(tǒng)對(duì)過程特性變化的適應(yīng)能力。
　　(4)提出了一種新型的適用范圍廣泛的比色測(cè)溫公式,建立了帶有煙霧干擾補(bǔ)償和模型自校正功能的基于彩色CCD的高溫場軟測(cè)量模型。通過對(duì)比色測(cè)溫原理和CCD工作原理進(jìn)行深入的分析和嚴(yán)

7、謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo),提出了不含任何理想化假設(shè)的改進(jìn)的CCD比色測(cè)溫公式,據(jù)此實(shí)現(xiàn)的比色測(cè)溫方法的測(cè)量精度、可靠性及對(duì)不同被測(cè)對(duì)象的適應(yīng)能力都優(yōu)于傳統(tǒng)的比色測(cè)溫方法;針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場普遍存在的煙霧干擾,構(gòu)建了一種能對(duì)測(cè)溫結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償校正的煙霧干擾補(bǔ)償器,提高了測(cè)溫結(jié)果的精度和可靠性;通過對(duì)高溫場軟測(cè)量模型進(jìn)行在線校正,提高了其對(duì)不同測(cè)量對(duì)象的適應(yīng)能力。
　　(5)提出了一種基于干擾源輻射體顏色信息的高溫輻射體圖像識(shí)別方法。能夠有效克服現(xiàn)場各種

8、光輻射干擾的影響,準(zhǔn)確識(shí)別待測(cè)高溫目標(biāo)。
　　(6)提出了一種基于兩級(jí)模板的CCD圖像噪聲濾波方法。利用一級(jí)模板識(shí)別圖像邊緣和脈沖噪聲,利用二級(jí)模板濾除高斯噪聲。該方法能夠在盡可能保留圖像細(xì)節(jié)、避免圖像邊緣模糊的同時(shí)濾除CCD圖像噪聲。
　　(7)開發(fā)了基于彩色CCD的高溫場軟測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)在線測(cè)量高溫輻射體的表面溫度場,并提供詳細(xì)的溫度信息供操作者進(jìn)行分析決策。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所開發(fā)的高溫場軟測(cè)量系統(tǒng)測(cè)溫范圍廣,測(cè)