Iterative latent variable based tuning technique for multiparameter systems

Abstract

Teollisuusprosessien uudenaikainen instrumentointi on kasvattanut saatavilla olevan mittaustiedon määrää räjähdysmäisesti. Samaan aikaan tietokoneiden noussut laskentakapasiteetti on mahdollistanut suurten informaatiomäärien tehokkaan hyödyntämisen. Näiden kehitysaskelten seurauksena voidaan systeemitekniikan alalla soveltaa uusia lähestymistapoja. Prosessien dynaamisten simuIointimallien muuttuessa yhä tarkemmiksi ja luotettavammiksi simulointia voidaan käyttää työkaluna automaatioprojektin eri työvaiheissa konseptisuunnittelusta aina käyttöönottoon ja tuotannon aikaiseen kunnossapitoon asti.

Huomattavaa osaa teollisuudessa käytetyistä säätimistä ei ole viritetty toimimaan parhaalla mahdollisella tavalla ajan ja tehokkaiden työkalujen puutteen vuoksi. Tällä on vaikutuksensa tuotannon kannattavuuteen. Optimaalisesta ratkaisevasti poikkeava viritys saattaa näkyä esimerkiksi lopputuotteen laadun vaihteluina, raaka-aineiden tehokkaan hyödyntämisen heikkoutena tai tuotantolaitoksen päästöjen kasvuna. Säätöpiirit on perinteisesti viritetty yksi säädin kerrallaan. Tällöin säätöpiirien väliset ristikkäisvaikutukset eivät tule otetuiksi huomioon eikä lopputulos siten ole koko laitoksen toiminnan kannalta paras mahdollinen. Lisäksi tällainen virittäminen on työlästä ja aikaa vievää.

Tilastolliset monimuuttujaregressiomenetelmät ovat tehokas työväline kohinaista ja kolineaarista mittaustietoa käsiteltäessä. Nämä menetelmät perustuvat siihen tausta-ajatukseen, että moniulotteisten mittaussignaalien sisältämä relevantti informaatio voidaan esittää matalammassa dimensiossa niin sanottujen latenttimuuttujien avulla. Latenttimuuttujat ovat lineaarikombinaatioita alkuperäisistä muuttujista ja niiden määrittämiseksi on useita menetelmiä. Käyttämällä sopivasti valittuja latenttimuuttujia regressiomallin estimoinnissa vältytään mallitukseen ja mallilla ennustamiseen liittyviltä numeerisilta ongelmilta.

Tässä työssä testataan iteratiivista säätimien viritysmenetelmää, joka perustuu staattisen, stokastisen mallin identifioimiseen viritettävien parametrien ja prosessin tavoiteltua toimintaa kuvaavien laatusuureiden välille. Mallia käytetään osoittamaan optimaalinen suunta viritettävien parametrien päivitykselle. Viritysmenetelmän ideana on toistaa simulointi- ja parametripäivitysaskelia ja löytää tilastollisessa mielessä optimaalinen ratkaisu parametrien arvoiksi. Työn pääpaino on viritysmenetelmän kehittämisessä ja testaamisessa, johon käytetään dynaamista voimalaitossimulointimallia. Testeissä saatiin arvokasta kokemusta menetelmän implementointia ajatellen ja virityksen kohteena olleen voimalaitosmallin toimintaa onnistuttiin parantamaan merkittävästi.