Nonlinear Dynamic Soft Sensor Modeling With Supervised Long Short-Term Memory Network

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作者
Xiaofeng Yuan,Lin Li,Yalin Wang
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:16 (5): 3168-3176 被引量:515
标识
DOI:10.1109/tii.2019.2902129
摘要

Soft sensor has been extensively utilized in industrial processes for prediction of key quality variables. To build an accurate virtual sensor model, it is very significant to model the dynamic and nonlinear behaviors of process sequential data properly. Recently, a long short-term memory (LSTM) network has shown great modeling ability on various time series, in which basic LSTM units can handle data nonlinearities and dynamics with a dynamic latent variable structure. However, the hidden variables in the basic LSTM unit mainly focus on describing the dynamics of input variables, which lack representation for the quality data. In this paper, a supervised LSTM (SLSTM) network is proposed to learn quality-relevant hidden dynamics for soft sensor application, which is composed of basic SLSTM unit at each sampling instant. In the basic SLSTM unit, the quality and input variables are simultaneously utilized to learn the dynamic hidden states, which are more relevant and useful for quality prediction. The effectiveness of the proposed SLSTM network is demonstrated on a penicillin fermentation process and an industrial debutanizer column.
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