一种碳酸锂生产自动化控制方法及系统与流程

本发明一般地涉及数据处理。更具体地，本发明涉及一种碳酸锂生产自动化控制方法及系统。

背景技术：

1、在氢化分解法制备碳酸锂的生产过程中，涉及到精细的化学反应条件控制和高纯度要求，对温度管理尤为敏感，为了提升生产效率、保证产品质量以及提高生产过程中的安全性，对生产中的温度自动化控制就尤为重要。而为了提高温度控制的准确性，首先就需要对采集得到的温度数据进行去噪。常用的一种数据去噪的方法是小波阈值降噪，在采用小波阈值降噪时，涉及到小波基和分解层数的问题，若小波基和分解层数选取的不合适，会影响降噪的质量，为此学者们提出了一种新的方法，首先对采集的数据进行emd（经验模态分解）将数据分解为多个imf（内涵模态分量）分量，然后对多个imf分量分别进行小波阈值去噪。例如武汉理工大学能动学院的王思文和郑卫刚发表的名称为《经验模态分解及其在降噪方面的应用》的期刊，公开了一种基于emd的小波阈值降噪方法，该方法可以解决直接采用小波阈值降噪存在的缺陷，但是在进行imf分量的分解过程中会出现端点效应，即由于emd方法基于局部极值点的搜索和插值，而端点处（数据序列的起始点和终止点）的数据点无法获得足够的邻近极值点进行插值，因此导致了端点效应，导致emd分解出现异常现象，最终影响数据去噪的效果。

2、现有对端点效应的解决方式为舒忠平提出的对称延拓法，该方法通过在原数据端点处向外对称延拓几个周期的极值点的方式以解决端点效应，但是在对氢化分解法制备碳酸锂生产过程中的温度控制中，其温度数据不会呈现出周期变化的方式，因此，采用现有的对称延拓法会存在延拓长度过长或过短的问题；若延拓长度过长，会导致延拓部分有大量噪声，其数据的可信度较低，若延拓长度过短，则可能遗漏信息，延拓长度过长或过短均会影响去噪效果。

技术实现思路

1、为解决现有的对称延拓法存在延拓长度过长导致延拓部分有大量噪声以及延拓长度过短导致遗漏信息的技术问题，本发明在如下的多个方面中提供方案。

2、在第一方面中，本发明提供了一种碳酸锂生产自动化控制方法，包括：

3、采集氢化反应器内的温度，从而获取温度数据序列；

4、确定所述温度数据序列的优选程度最高的延拓长度，并将其记为最优延拓长度，所述优选程度与延拓部分数据序列的噪声表现程度呈负相关，与延拓部分的极值点分布和整个所述温度数据序列的极值点分布之间的一致性程度呈正相关；

5、采用经验模态分解法对所述温度数据序列进行分解，从而获取imf分量，在分解的过程中依据所述最优延拓长度结合对称延拓法对所述温度数据序列的端点进行延拓，以解决emd分解过程中的端点效应；

6、对各个所述imf分量进行去噪，并对去噪后的imf分量进行重构，从而得到去噪后的温度数据序列；

7、从所述去噪后的温度数据序列中获取距当前时刻最近的温度数据，并将其记为当前温度；

8、依据所述当前温度和目标温度之间的差值对氢化反应器内的温度进行pid控制。

9、其有益效果为：本发明的碳酸锂生产自动化控制方法在对氢化反应器内的温度进行pid控制之前，先对采集的温度数据序列进行去噪，在去噪时采用经验模态分解方法，较于其他去噪算法可以尽量保留信号的物理意义，去除噪声同时不破坏信号特征，保持温度序列中与生产过程相关的温度变化信息且保证去噪后的温度数据序列的精确度，从而提高对氢化反应器内的温度进行控制时的精确度；此外，在对温度数据序列进行经验模态分解时利用对称延拓法解决端点效应，并选取优选程度最高的延拓长度对温度数据序列进行延拓，从而对延拓长度进行自适应调节，能够有效提高算法的稳健性，避免固定长度导致的过短的延拓长度可能遗漏信息及过长则引入噪声的问题，提高分解精度，进而提高对温度数据序列的去噪效果，进一步提高氢化分解法制备碳酸锂的生产过程中氢化反应器内的温度控制的精度和效率。

10、在一个实施例中，确定所述最优延拓长度的方法包括：

11、设置延拓长度的初始值，并计算对应的优选程度；

12、以一个极值点的距离为步长对延拓长度进行迭代，并计算每次迭代后的延拓长度对应的优选程度；对延拓长度进行迭代是指使延拓长度按照预设步长增加；一个极值点的距离是指所述温度数据序列中本次迭代前的延拓长度对应的数据序列的端点距离下一个极值点的数据长度；

13、响应于某次迭代对应的优选程度小于上一次迭代对应的优选程度，则停止迭代，并将所述上一次迭代对应的延拓长度作为最优延拓长度。

14、由于延拓部分的极值点分布和整个所述温度数据序列的极值点分布之间的一致性程度和优选程度呈正相关，若以若干个数据点对应的距离为步长对延拓长度进行迭代，可能会出现延拓后的延拓部分的极值点个数不变的情况，进而导致计算出的优选程度变化较小，从而导致找到优选程度最高的延拓长度需花费较长的时间，本发明的方法在确定最优延拓长度时，通过以一个极值点的距离为步长对延拓长度进行迭代，从而保证延拓后延拓部分的极值点分布发生变化，更高效地找到优选程度最高的延拓长度。

15、在一个实施例中，所述一致性程度依据延拓部分数据序列中极值点的出现频率与所述温度数据序列中极值点的出现频率的差值进行计算，且与所述差值的绝对值呈负相关，所述延拓部分数据序列的噪声表现程度依据延拓部分数据序列中各个温度数据点的噪声表现程度的均值计算，且与所述均值呈负相关。

16、延拓部分数据序列的极值点的出现频率与所述温度数据序列中极值点的出现频率的差值越小，两者的极值点出现频率越一致，表明两者的极值点分布的一致性程度越高，因此，依据延拓部分数据序列的极值点的出现频率与所述温度数据序列中极值点的出现频率的差值可较为准确地计算出延拓部分的极值点分布和所述温度数据序列的极值点分布之间的一致性程度；延拓部分数据序列中各个数据点的噪声表现程度的均值越大，表明整个延拓部分数据序列的噪声表现程度越大，因此，依据延拓部分数据序列中各个数据点的噪声表现程度的均值可较为准确地计算出延拓部分数据序列的噪声表现程度。

17、在一个实施例中，所述优选程度的计算表达式为：

18、；

19、式中，表示延拓部分数据序列的优选程度，表示所述温度数据序列中极值点的出现频率，表示所述延拓部分数据序列中极值点的出现频率，为所述延拓部分数据序列中极值点出现频率与所述温度数据序列中极值点的出现频率的差值，表示所述一致性程度；表示所述延拓部分数据序列中各个数据点的噪声表现程度的均值；b为超参数。

20、在一个实施例中，所述数据序列中极值点的出现频率可依据相邻极值点对应的时间差，以及相邻极值点的噪声表现程度之和进行计算，且与所述时间差以及所述噪声表现程度之和均呈负相关；所述相邻极值点对应的时间差是指相邻的两个极值点对应的采集时刻之间的差值。

21、在一个实施例中，数据序列中极值点的出现频率计算表达式为：

22、；

23、式中，表示数据序列中极值点的出现频率，n表示数据序列中的极值点个数，、分别表示数据序列中第j个极值点和第j+1个极值点对应的时间，、分别表示数据序列中第j个极值点对应的温度数据点的噪声表现程度和第j+1个极值点对应的温度数据点的噪声表现程度。

24、相邻数据点对应的时间差越大，表明出现一个极值点后出现下一个极值点所花的时间越长，极值点出现频率越低；极值点的噪声表现程度越大，说明该极值点为噪声的可能性越大，即该极值点为假极值点的可能性越大，因此，相邻极值点的噪声表现程度之和越大，对应的极值点出现频率越低。故此，采用本发明的数据序列中极值点的出现频率计算表达式可准确高效地计算出极值点的出现频率。

25、在一个实施例中，所述温度数据点的噪声表现程度获取方法包括：

26、依据所述温度数据序列获取该温度数据点的邻域范围内的温度数据序列，并将其记为邻域温度数据序列；

27、获取所述邻域温度数据序列对应的时间段内各个温度采集时刻的氢化反应器内的压力，从而形成邻域压力数据序列；

28、依据所述邻域温度数据序列与所述邻域压力数据序列之间的皮尔逊相关系数和该温度数据点的突变程度计算该温度数据点的噪声表现程度，且该温度数据点的噪声表现程度与所述皮尔逊相关系数呈负相关，与对应的突变程度呈正相关；所述突变程度用于表征该温度数据点的波动幅度。

29、在一个实施例中，所述温度数据点的噪声表现程度计算表达式为：

30、；

31、式中，表示第i个温度数据点的噪声表现程度，exp()为指数函数；为第i个温度数据点处的线性取值，表示第i个温度数据点的实际数值，表示第i个温度数据点的突变程度；表示第i个温度数据点的邻域温度数据序列，为第i个温度数据点的邻域压力数据序列，表示邻域温度数据序列与邻域压力数据序列之间的皮尔逊相关系数。

32、温度传感器的采集得到的温度数据中通常会混有噪声，噪声点通常表现为突变点，因此可利用温度数据点的突变程度计算得到其噪声表现程度。但是在氢化分解过程中会涉及吸热反应和放热反应（即li2co3+co2+h2o→2lihco3为吸热反应，发生这种反应时温度下降，同时由化学方式，反应过程中吸收了二氧化碳，导致容器内压力降低，而2lihco3→li2co3↓+co2↑+h2o为放热反应，发生这种反应时温度上升同时放出气体导致压力上升），这样的吸热或放热反应会导致温度数据中出现突变点，但这种突变点为正常的数据变化，因此需要利用温度数据和压力数据的皮尔逊相关系数（即线性相关程度）对噪声表现程度进行修正，皮尔逊相关系数的取值范围为[-1，+1]，相皮尔逊关系数的值越大，表明温度数据的突变越有可能是压力数据的突变导致的，温度数据的噪声表现程度越小，相反，相关系数的值越小，表明温度数据的突变越有可能是温度数据的噪声引起的，温度数据的噪声表现程度越大，因此，皮尔逊相关系数的值越大，修正后的温度数据的噪声表现程度越小，皮尔逊相关系数越小，修正后的温度数据的噪声表现程度越大。故此，采用本实施例的温度数据点的噪声表现程度计算方法可较为准确且高效地计算出温度数据点的噪声表现程度。

33、在一个实施例中，所述氢化反应器内的温度的采集频率为50hz。

34、在第二方面中，本发明提供了一种碳酸锂生产自动化控制系统，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现本发明的碳酸锂生产自动化控制方法。