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第35届中国过程控制会议

作者：姚峣丁进良东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室

强化学习在不确定环境下工业过程优化控制中的约束处理是一个具有挑战性的科学问题。多效蒸发过程是一个典型的多个蒸发器串联过程其液位互相耦合。本文针对如何在液位的安全调节范围内快速将各个蒸发器的液位和出口母液密度跟踪设定值... 详细信息

强化学习在不确定环境下工业过程优化控制中的约束处理是一个具有挑战性的科学问题。多效蒸发过程是一个典型的多个蒸发器串联过程其液位互相耦合。本文针对如何在液位的安全调节范围内快速将各个蒸发器的液位和出口母液密度跟踪设定值问题,提出了一种新颖的数据驱动约束强化学习算法,解决多效蒸发过程的优化控制问题。所提算法中,为了解决多蒸发器液位的瞬时约束问题,提出一种基于在线随机权神经网络(OS-RVFLNs)的修正方法,将违反约束的动作映射到可行区域,使得瞬时液位满足约束条件。其次,为了实现系统设定值的快速跟踪,提出一种基于拉格朗日乘子法的约束策略迭代方法。将液位和出口母液密度的累积跟踪误差作为原始策略优化的累积约束,通过在原始空间和对偶空间对策略和对偶变量进行梯度迭代,加快累积跟踪误差的下降速度。在整个过程中,我们充分利用强化学习控制器与蒸发环境交互产生的同策略数据和异策略数据更新算法的不同组件,提高样本效率的同时适应环境的动态变化。最后,在一个多效蒸发仿真环境上进行实验,实验结果验证了算法的有效性。

关键词：约束强化学习数据驱动蒸发过程最优控制

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基于鲁棒模型预测控制的周期运行城际高铁列车实时调度

基于鲁棒模型预测控制的周期运行城际高铁列车实时调度

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2023中国自动化大会

作者：亢佳俊代学武张耘嘉东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室

本文提出了一种基于鲁棒模型预测控制的城际高速铁路列车重调度方法。考虑两站间区间多列列车和不确定客流,建立了城际高速铁路的状态空间模型。在此基础上,提出了相应的目标函数、约束条件和鲁棒MPC问题。然后利用Schur补和Cauchy不等... 详细信息

本文提出了一种基于鲁棒模型预测控制的城际高速铁路列车重调度方法。考虑两站间区间多列列车和不确定客流,建立了城际高速铁路的状态空间模型。在此基础上,提出了相应的目标函数、约束条件和鲁棒MPC问题。然后利用Schur补和Cauchy不等式将目标函数上界最小的优化问题转化为具有线性矩阵不等式的凸优化问题。利用该控制器,当系统面临未知干扰导致的延误,可以使目标函数的上界最小,保证干扰的衰减水平。最后,在京津城际高速铁路仿真系统中验证了该控制器的鲁棒性和有效性。

关键词：城际高速铁路站间多车不确定客流鲁邦模型预测控制

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一种集成最后一公里的四方物流网络设计问题启发式算法

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控制与决策 2022年第6期37卷 1601-1608页

作者：董丽薇黄敏匡韩斌王兴伟东北大学信息科学与工程学院沈阳110004 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室沈阳110004 沈阳师范大学软件学院沈阳110034 东北大学计算机科学与工程学院沈阳110169

最后一公里分销网络可以帮助企业达成高响应性的供应链管理目标,集成最后一公里四方物流网络设计问题成为网络设计的一个重要研究方向.解决该问题需要对分销中心的位置,三方物流的选择、分配以及其车辆路径规划进行决策.在满足车辆路径... 详细信息

最后一公里分销网络可以帮助企业达成高响应性的供应链管理目标,集成最后一公里四方物流网络设计问题成为网络设计的一个重要研究方向.解决该问题需要对分销中心的位置,三方物流的选择、分配以及其车辆路径规划进行决策.在满足车辆路径规划、流守恒等约束条件下,以最小化网络构建费用为目标建立混合整数规划模型.由于该问题的NP-难特性,可将该问题分解成两个子问题并设计两阶段启发式算法,通过迭代算法解决两个子问题.在数值实验中,将启发式算法分别与CPLEX和粒子群优化算法求出的解进行比较,实验结果验证了启发式算法的有效性;同时,将提出的启发式算法成功地应用到实际规模的问题中,表明所提出的算法能够为解决集成最后一公里四方物流网络设计问题提供有效的工具.

关键词：最后一公里分销网络四方物流路径规划启发式算法 CPLEX 粒子群优化算法

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基于因果结构学习的复杂工业过程异常分层根因分析方法

基于因果结构学习的复杂工业过程异常分层根因分析方法

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第35届中国过程控制会议

作者：徐斌陆军丁进良东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室

对复杂工业过程中的产品质量异常进行根因分析的目的在于找出造成异常的关键变量,有利于帮助企业改进生产工艺,降低生产成本。复杂工业过程往往涉及多个步骤和环节,质量异常受到多种因素的影响,因此当异常事件发生时,很难迅速准确地定... 详细信息

对复杂工业过程中的产品质量异常进行根因分析的目的在于找出造成异常的关键变量,有利于帮助企业改进生产工艺,降低生产成本。复杂工业过程往往涉及多个步骤和环节,质量异常受到多种因素的影响,因此当异常事件发生时,很难迅速准确地定位其根本原因。近年来迅速发展的异常检测算法,可以快速准确地对产品质量进行异常检测定位异常位置,但是无法对检出的异常进行根因分析,无法找到造成异常的根本原因。目前工业领域常见的根因分析方法是直接分析所有变量之间的因果关系,找到造成异常的根本原因。直接对所有数据进行异常分析能够捕捉到更多维度上的信息,从而更全面地理解数据的分布和特性。有助于更准确地识别出异常值或异常模式。然而工业过程变量往往具有高维度、强耦合等特点,高维度数据意味着数据空间非常大,这会造成数据稀疏性增加,样本密度减少,进而增加了数据分析的难度。此外,高维度数据中的变量之间往往存在相关性,这会导致分析结果受到变量间关系的影响,使得确定真正的根本原因变得困难。高维度数据需要更复杂的数学和统计方法进行分析,传统的分析方法可能无法有效地应用于高维数据,因为它们通常需要在所有维度上进行计算,这会大大增加计算的复杂性和成本,降低直接根因分析算法的效果。因此,建立一种能对工业过程中的高维数据进行异常检测和根因分析的方法在实际应用中有重要意义。因此,本文考虑了复杂工业过程中的变量维度高,潜在因果路径复杂等难点,为提高对高维数据的处理能力,提出了分工序异常检测加因果推断的分层根因分析方法,以保证对高维数据的降维和对潜在因果路径的挖掘。针对复杂工业过程中变量维度高问题,根据已知的专家知识按照工艺特点划分成不同子块,将复杂的高维度数据分割为更易处理的小块数据,降低了数据分析的复杂度。依次对每个子块进行异常检测,缩小故障范围,定位异常工艺,降低因果推断的变量维度。然后对故障子块进行因果推断,找到故障子块变量之间的因果关系,从而找出造成异常的根本原因。最后在TE过程上验证了本文所提算法的有效性。实验结果表明,本文提出的方法可以有效的分析和处理高维数据,并且能准确的找到造成故障的根本原因。

关键词：分层根因分析因果结构学习高维数据

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基于贝叶斯网络参数迁移学习的电熔镁炉异常工况识别

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自动化学报 2021年第1期47卷 197-208页

作者：闫浩王福利孙钰沣何大阔东北大学信息科学与工程学院沈阳110819 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室沈阳110819

在贝叶斯网络(Bayesian network,BN)参数学习中,如果数据不够充分,将无法建立准确的BN模型来分析和解决问题.针对电熔镁炉熔炼过程的异常工况识别建模,提出一种新的BN参数迁移学习方法来改进异常工况识别精度.该方法可以解决源域BN与目... 详细信息

在贝叶斯网络(Bayesian network,BN)参数学习中,如果数据不够充分,将无法建立准确的BN模型来分析和解决问题.针对电熔镁炉熔炼过程的异常工况识别建模,提出一种新的BN参数迁移学习方法来改进异常工况识别精度.该方法可以解决源域BN与目标域BN在结构不一致情况下的参数迁移学习问题.在实验部分,首先在著名的Asia网络上对该方法进行了验证,然后将其应用于电熔镁炉熔炼过程排气异常工况识别BN模型的参数学习.实验结果表明,与小数据下建立的目标域BN模型相比,该方法较大地提高了异常工况识别的准确性.

关键词：电熔镁炉异常工况识别贝叶斯网络参数学习迁移学习

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基于交互式仿真和代理模型的高铁列车调度

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控制工程 2025年第3期32卷 447-458页

作者：刘瑞广崔东亮代学武袁志明杨鹏鑫王星皓东北大学流程工业综合自动化全国重点实验室辽宁沈阳110819 中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所北京100081

突发事件下交汇站点的多区段列车协同调度中,由于各区段列车运行过程相互影响,难以用数学模型描述,且重调度方案可行性差。针对该问题,提出了一种交互式中观仿真平台、代理模型和启发式算法相结合的高铁智能调度优化方法。首先,设计了... 详细信息

突发事件下交汇站点的多区段列车协同调度中,由于各区段列车运行过程相互影响,难以用数学模型描述,且重调度方案可行性差。针对该问题,提出了一种交互式中观仿真平台、代理模型和启发式算法相结合的高铁智能调度优化方法。首先,设计了交互式中观仿真平台,可根据实际线路对列车运行进行真实推演,以获取复杂区段重调度方案,并提供了更加真实的评价指标。其次,为进一步克服仿真计算量大导致难以满足快速决策的需求,提出了基于主动学习的高斯过程模型优化方法,构建了列车晚点增量代理模型,可有效降低模型构建的计算代价。最后,以沈阳枢纽站为场景,以最小化多区段列车总晚点和晚点增量为优化目标进行了仿真实验,结果表明,所提方法能获得多区段路网更优的重调度方案。

关键词：多区段调度代理模型交互式仿真复杂路网

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融合共形预测的神经网络模型优化

融合共形预测的神经网络模型优化

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第35届中国过程控制会议

作者：张瑞垚周平东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室

神经网络技术在工业中得到了广泛的应用。然而,在高风险环境中,除了关注神经网络模型的准确性外,还必须考虑模型的不确定性。模型的不确定性对于决策至关重要。共形预测是一种无分布的不确定性量化框架。它能够为输入生成一个预测集,并... 详细信息

神经网络技术在工业中得到了广泛的应用。然而,在高风险环境中,除了关注神经网络模型的准确性外,还必须考虑模型的不确定性。模型的不确定性对于决策至关重要。共形预测是一种无分布的不确定性量化框架。它能够为输入生成一个预测集,并从数学上保证预测集的覆盖率。为了获得更小的预测集,本文将共形预测思想与基础模型训练过程融合。具体而言,将每个训练批次分割为校准集和测试集,利用测试集计算得到的OF(Observed Fuzziness)指标和交叉熵损失之和作为损失函数训练模型。其中OF损失不依赖于显著性水平,能够更加灵活的适应训练过程。将训练得到的基础模型再结合共形预测,计算最终的预测集。基于TE数据集和污水仿真数据集的实验,验证了所提方法在保证覆盖率的前提下,能够减小预测集的大小并提高有效性。

关键词：共形预测不确定性量化神经网络 OF

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动态环境下的多任务多目标基准问题构造

动态环境下的多任务多目标基准问题构造

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第35届中国过程控制会议

作者：蔺雅婷杨翠娥丁进良东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室

多任务优化(Multi-task Optimization,MTO)旨在同时解决多个优化任务,通过在多个优化任务之间传递有效知识来提高优化算法的求解能力。现有的MTO主要关注静态环境下的优化任务,而实际上大多数的优化问题都是运行在动态环境下,即优化任... 详细信息

多任务优化(Multi-task Optimization,MTO)旨在同时解决多个优化任务,通过在多个优化任务之间传递有效知识来提高优化算法的求解能力。现有的MTO主要关注静态环境下的优化任务,而实际上大多数的优化问题都是运行在动态环境下,即优化任务随时间的推移而变化的。此外,目前缺乏共用的标准测试函数来验证所开发动态环境下MTO算法的有效性。为此,本文提出了一套动态多任务多目标基准问题,该基准问题考虑时变的最优前沿以及最优解,任务间变化频率、变化步长和开始时刻的同步以及不同步变化等复杂的动态特征,用于评估MTO算法处理动态多任务优化问题的能力,以确定算法是否能够通过传递相关任务历史环境中的有效知识克服现实问题中环境变化带来的困难;此外,本文所提出的基准问题能够灵活调节不同动态参数以改变任务间的相关性变化,验证算法的不同效果。

关键词：进化优化动态优化多任务优化基准问题

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基于图嵌入长短时记忆神经网络的非线性动态过程监控与诊断

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控制工程 2024年第4期31卷 601-607页

作者：宋万军赵丰年白龙周建国国家能源集团国神公司上榆泉煤矿选煤厂山西忻州036500 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

针对复杂工业过程存在的非线性、动态性,以及故障标签难获取等特征,提出一种图嵌入长短时记忆神经网络在线监控与故障诊断方法。首先,对正常工况下采集的多维时序数据进行图嵌入,获得结构信息。其次,采用图注意力神经网络融合结构信息,... 详细信息

针对复杂工业过程存在的非线性、动态性,以及故障标签难获取等特征,提出一种图嵌入长短时记忆神经网络在线监控与故障诊断方法。首先,对正常工况下采集的多维时序数据进行图嵌入,获得结构信息。其次,采用图注意力神经网络融合结构信息,并将融合后的结构信息输入用于预测的长短时记忆神经网络中。最后,提出一种新的基于预测误差指标的非线性动态过程在线监控方法和基于因果分析图的故障诊断方法。采用田纳西-伊斯曼数据集进行实验验证,结果表明了所提方法的有效性。

关键词：过程监控故障诊断图嵌入长短时记忆神经网络

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低串扰高密度复合型多芯光子晶体的光纤理论研究

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中国激光 2021年第7期48卷 149-156页

作者：张函汪国瑞张继伟李曙光闫欣王方张学楠程同蕾东北大学信息科学与工程学院流程工业综合自动化国家重点实验室辽宁沈阳110004

将传统阶跃型光纤与光子晶体光纤结构相结合,提出并研究了复合型7芯光子晶体光纤。该光纤可在有效降低芯间串扰的同时增大光纤的纤芯密度,为实现大容量、长距离的光纤空分复用技术提供了新思路。通过理论分析了掺锗纤芯以及纤芯周围空... 详细信息

将传统阶跃型光纤与光子晶体光纤结构相结合,提出并研究了复合型7芯光子晶体光纤。该光纤可在有效降低芯间串扰的同时增大光纤的纤芯密度,为实现大容量、长距离的光纤空分复用技术提供了新思路。通过理论分析了掺锗纤芯以及纤芯周围空气孔的参数,结果表明,在1550 nm波长处中间纤芯与外围6个纤芯间的串扰低于-60 dB/km,有效模场面积大于90μm^(2),芯间距最小为31.7μm。以31芯光纤为例,其相对纤芯复用因子可达到8.78,可用于低串扰、大容量、长距离传输的网络系统,对用于空分复用的多芯光纤设计具有指导意义。

关键词：光纤光学多芯光纤空分复用串扰

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