多變量過程智能優化辨識理論及應用

本專著主要探討面向控制工程需求的多變數過程辨識的應用理論問題，探索可工程實現的多變數過程辨識新方法和新技術。

本專著給出一種多變數過程模型智慧優化辨識問題陳述，提出了多變數過程模型辨識準確度計算與評價方法,提出了多變數過程的模型框架和結構確定方法,提出了多變數過程模型準確辨識的激勵條件,提出了融入機理分析建模的多變數過程模型辨識思路,提出了基於M批不相關自然激勵和匯總智慧優化的多變數過程辨識理論,通過再熱汽溫過程、過熱汽溫過程和脫硝過程的建模案例研究驗證了所提出的關於多變數過程模型辨識新理論方法的有效性。本專著盡力避免晦澀難懂和故弄玄虛的理論闡述，專注於可解決工程實際問題的應用理論問題研究。所提出的理論方法和應用技術可認為是當前流行的大資料分析中急需的一種人工智慧應用技術——資料驅動建模技術。

本專著適合於從事控制理論應用研究以及有關大資料分析、人工智慧、智慧工廠、智慧型機器和智慧識別研究的高校師生和研究所研究員參考，也適合於從事電力、化工、資訊、能源等產業的有關自動化及智慧裝備的研發維護工程師和技術人員閱讀。

第1章 多變數過程辨識研究進展點評1
1.1基於最小二乘法的多變數過程辨識研究3
1.2基於子空間法的多變數過程辨識研究7
1.3基於閉環順序激勵法的多變數過程辨識研究9
1.4基於智慧優化法的多變數過程辨識研究10
1.5現有多變數過程辨識理論的工程應用問題思考12
1.6基於自然激勵動態響應資料的多變數過程智慧優化辨識研究12
1.7融入資料採擷技術的多變數過程辨識研究15
1.8融入機理分析建模的多變數過程辨識研究16

第2章 多變數過程智慧優化辨識理論18
2.1多變數過程模型智慧優化辨識問題18
2.2多變數過程模型辨識準確度計算準則19
2.3多變數過程模型智慧優化辨識演算法22
2.4多變數過程模型準確辨識的激勵條件23
2.5非零初態條件下的多變數過程辨識29
2.6多變數過程模型結構的確定方法30
2.7基於閉環控制機理的多變數過程模型框架構建34

第3章 基於機理分析的典型多變數過程建模原理及模型36
3.1機械過程的動態特性機理分析模型36
3.2流體過程的動態特性機理分析模型38
3.3傳熱過程的動態特性機理分析模型41
3.4電氣過程的動態特性機理分析模型44
3.5化學反應過程的動態特性機理分析模型46
3.6混合系統的動態特性機理分析模型48

第4章 融入機理分析建模的多變數過程辨識53
4.1用機理分析方法確定多變數過程模型總體架構54
4.2用機理分析建模方法確定多變數過程模型的子模型結構55
4.3用機理分析方法確定的多變數過程模型的子模型參數域56
4.4融合機理分析建模的多變數過程模型辨識流程56

第5章 基於M批不相關自然激勵和匯總智慧優化的多變數過程辨識理論58
5.1基於M批不相關自然激勵和匯總優化的多變數過程辨識理論概述58
5.1.1多變數過程模型的傳遞函數矩陣表達59
5.1.2多變數過程模型辨識的M批不相關激勵59
5.1.3多變數過程模型辨識的M批不相關自然激勵響應資料的選取61
5.1.4多變數過程模型辨識的匯總優化指標設計和智慧優化 辨識演算法62
5.2多變數過程辨識的MUNEAIO方法的實驗驗證63
5.2.1基於已知模型的多變數過程辨識的MUNEAIO方法的實驗驗證63
5.2.2多變數過程辨識的MUNEAIO方法與傳統方法的實驗對比67
5.2.3針對未知模型的實際多變數過程辨識的MUNEAIO方法的實驗驗證72

第6章 多變數過程辨識新理論的應用案例——再熱汽溫過程建模77
6.1換熱過程的動態機理分析建模方法77
6.1.1單相受熱管分佈參數模型及建模基本假定78
6.1.2單相受熱管分佈參數模型的基本方程組79
6.1.3線性化處理81
6.1.4傳遞函數模型的匯出83
6.1.5單相受熱管分佈參數傳遞函數模型的簡化85
6.1.6單相受熱管簡化模型的工程應用問題與解決方法87
6.1.7單相受熱管分佈參數簡化模型的誤差分析與準確度評價93
6.2再熱器汽溫動態過程的機理建模96
6.2.1再熱汽溫系統的影響因素96
6.2.2再熱汽溫過程機理建模97
6.3再熱器過程模型的多變數過程辨識新理論應用案例102
6.3.1再熱汽溫系統模型結構的確定102
6.3.2低溫再熱汽溫過程的MUNEAIO建模103
6.3.3高溫再熱汽溫過程的MUNEAIO建模107

第7章 多變數過程辨識新理論的應用案例——過熱汽溫過程建模111
7.1過熱蒸汽溫度噴水減溫過程的模型結構111
7.2模型辨識資料的採集和選用113
7.2.1模型辨識資料的採集113
7.2.2模型辨識資料的選用113
7.2.3模型辨識資料和模型驗證資料的分配114
7.3基於MUNEAIO方法的過熱器減溫器過程融合建模實驗115
7.4基於傳統MIMO方法的過熱器減溫器過程融合建模實驗117
7.5兩種辨識方法建模的模型驗證比較118

第8章 多變數過程辨識新理論的應用案例——脫硝過程建模119
8.1脫硝過程的動態機理分析建模119
8.1.1SCR脫硝過程工藝119
8.1.2基於機理分析的SCR脫硝反應器非線性動態模型120
8.1.3SCR脫硝反應器的線性狀態空間模型123
8.1.4SCR脫硝反應器的傳遞函數模型124
8.2SCR脫硝過程的過程模型的多變數過程辨識案例125

第9章 結論與展望132
9.1結論132
9.1.1多變數過程辨識的研究進展點評132
9.1.2多變數過程模型智慧優化辨識問題陳述134
9.1.3多變數模型辨識準確度計算和評價135
9.1.4多變數過程的模型框架和結構確定方法136
9.1.5多變數過程模型準確辨識的激勵條件138
9.1.6典型多變數過程的機理分析建模原理及傳遞函數模型140
9.1.7融入機理分析建模的多變數過程模型辨識方法143
9.1.8基於M批不相關自然激勵和匯總智慧優化的多變數過程辨識144
9.1.9多變數過程模型辨識新理論的應用案例研究145
9.2展望146
參考文獻148