книги / Методы оптимизации эксперимента в химической технологии
..pdfПодставим (VI.5) и (VI.6) в (VI.3) и приведем подобные члены:
У= (&0+ 4" ^и) *1+ (^0+ ^2+ Ь22) Х2+ Фо+ |
+ &зз) хз + |
|
|
4“ (^12 — ^11 — ^2 2 ) Х1Х2 4" (^13 — ^11 — ^33) *1*3 4~ (^28 |
^22 ^Зз) Х2Х3 • |
(VI • 7) |
|
Обозначим |
|
|
|
Pi = b0-\- Ь( Ч- Ьц% |
= bu Ьц — bjj. |
(V I.8) |
Тогда получим приведенный полином второй степени от трех перемен ных:
У= Pixi + Рг*2 4 " Рзхз + Piaxixa 4“ Р и * Л + Раз^^з • |
(VI .9) |
Таким образом, число коэффициентов уменьшилось с 10 до 6. При веденный полином второй степени от q переменных
J = 2 |
M i + |
2 |
м л |
( v i . ю) |
1< i< q |
|
\< i< i< 4 |
|
|
содержит q+ Q “ Q+1 коэффициентов. Приведенный полином непол ного третьего порядка для трехкомпонентной смеси
у = |
P i* i 4 “ Ра*а 4 " Рз*з 4 " P ia ^ i^ a 4" P i3 * i* 3 4 ” Р аз^а^з 4" Pi23x i x ax 3 » |
(VI -1 1 ) |
||||||
для ^-компонентной смеси |
|
|
|
|
|
|||
9 = 2 |
P‘X i + |
^ |
h i * l * j + |
2 |
VilkXi X}*k- |
(VI. 12) |
||
|
\< i< q |
\< i< J < q |
|
\< i< j< k < q |
|
|||
Приведенный полином третьего порядка для |
трехкомпонентной смеси |
|||||||
У = P i* i 4" Ра^а 4 " Р з*з 4“ P iax i x 2 4 - Pi3x i* 3 |
4 “ Разх ах з 4- 7 ia x i x a (x i — *а) 4 “ |
|||||||
|
4 - T i3 x i x 3 ( * i — |
х з) 4 - Т аз^а^з (* а — * з) |
4- P i23x i* a x 3 . |
(V I - 13) |
||||
для ^-компонентной |
|
|
|
|
|
|
||
У = |
2 |
^ iXi + |
|
РU *ixJ + |
^ |
lijX iX j (xi — x j) 4- |
|
|
|
l< i< < 7 |
|
1<i< i< q |
!< i< i< q |
|
|
||
|
|
|
+ |
2 |
^4h*iXfiCh- |
|
(VI. 14) |
|
|
|
|
|
1<*</<*<$ |
|
|
|
Приведенный |
полином четвертого порядка для трехкомдонентной смеси |
У —P i* i 4* |
Ра*а 4 " Рэ*з Ч" P ia * i* a 4 " P i3x i* 3 4 “ Р а з* а * з 4* 7 i a * i x a ( x i — *а) 4 " |
4 - T i3 x i x 3 ( * i — * з) 4 - 7аз*ах з (*а — * з) 4 * ^ ia x i x a ( * i — * а)а 4 “ & i3*i*3 ( * i — |
* з )2 4 “ |
4 - ^азхахз (*а — *з)1 4“ Ригз*? *a*34 " Piaa3xi*2хз 4" Pi233xixa^» |
(VI.15) |
число экспериментальных точек для определения коэффициентов поли нома степени п от q переменных составляет СДЛ_, (табл. 74).
Т а б л и ц а 74. Число опытов для полиномов разных степенен
Число |
|
Степень полинома |
|
Число |
|
Степень полинома |
|
||
компо- |
|
|
|
|
компо- |
|
|
|
|
нентов |
2 |
3 (неполная) |
3 |
4 |
нентов |
2 |
3 (неполная) |
3 |
4 |
|
|
||||||||
3 |
6 |
7 |
10 |
15 |
6 |
21 |
41 |
56 |
126 |
4 |
10 |
14 |
20 |
35 |
8 |
36 |
92 |
120 |
330 |
5 |
15 |
25 |
35 |
70 |
10 |
55 |
175 |
220 |
715 |
2. Симплекс-решетчатые планы Шеффе. В настоящее время наиболь шее применение получили симплекс-решетчатые планы, предложенные Шеффе. Эти планы обеспечивают равномерный разброс эксперименталь ных точек по (q - 1)-мерному симплексу. Экспериментальные точки представляют {q, п) -решетку на симплексе, где q—число компонентов смеси; п~степень полинома. Симплекс-решетчатые планы являются насыщенными планами. По каждому компоненту имеется (п + 1) одина ково расположенных уровней х, e 0, 1 /л, 2 / я, ..., 1 и берутся все воз можные комбинации с такими значениями концентраций компонентов. Так, например, для квадратичной решетки {q, 2}, обеспечивающей при ближение поверхности отклика полиномами второй степени (п в 2), должны быть использованы следующие уровни каждого из факторов:
О, 1/2 |
и 1, для кубической (л —3)—0, 1/3, 2/3 |
и 1 и т.д. Некоторые |
|
{3, л}-решетки представлены на рис. 61, а {4, |
л}—на рис. |
62. Эти |
|
планы |
частично композиционные. Неполную |
кубическую |
решетку |
{3,3*}, например, можно получить из {3,2}, добавив только одну точку в центре симплекса, решетку {3, 4}—добавлением точек к решетке {3,2}.
Записав координаты точек симплексной решетки, получим матрицу планирования. Построим матрицы планирования для решеток {3, 2}, {3,3} и {3,4}.
Индексы у свойства смеси указывют на относительное содержание каждого компонента в смеси. Например, смесь 1 (табл. 75)
|
|
Т а б л и ц а |
75. |
Матрица планирования для {3, 2}-решетки |
|
||||
N |
Х \ |
Х 7 |
хз |
■^экс |
N |
JCt |
Х 2 |
хз |
•Уэкс |
1 |
1 |
0 |
0 |
У у |
4 |
1/2 |
1/2 |
0 |
У)2 |
2 |
0 |
1 |
0 |
У2 |
5 |
1/2 |
0 |
1/2 |
ДМ3 |
3 |
0 |
0 |
1 |
Уз |
6 |
0 |
1/2 |
1/2 |
У23 |
состоит только из компонента хи свойство этой смеси обозначается смесь 4 состоит из Угх, и свойство обозначается у,2.
Матрица планирования для симплексной решетки {3, 3} приведена
втабл. 76.
Втабл. 77 приведена матрица планирования для построения поли нома четвертой степени в трехкомпонентной системе.
|
Pu = |
— 2c/i — 2^, |
(VI.43) |
$ i j h — Я У И к |
12 ( У Н + |
4 l h + y j h ) 4 ~ 3 (jfi + y j + У к ) • |
(VI.44) |
Полином четвертого порядка для трехкомпонентной смеси:
У= Pi*i + f*2 * 2 |
+ |
Рз*з + |
Pia*i* 2 + Pi3*i*3 + |
р23*2*з + 1 i2 *i*a (*i— *а) + |
||||||
4" 1 l3 * l* 3 |
(*1 — |
* з) 4 " 123* 2*3 (*2 — |
* з) + |
*12*1*2 (*1 — *2)* + |
|
|||||
|
4 " *18*1*8 (*1 — *3)2 4 ” *23* 2*3 (* а — *3)2 4 “ P ll23* l* 2*3 4 “ |
|
||||||||
|
|
|
|
4- ?1223*1*2*3 4" ?1233*1*2*з. |
(VI.45) |
|||||
|
|
|
|
|
|
P i = Ух и |
Т. |
д . |
|
(VI.46) |
|
|
|
|
|
Pia = 4^ia — 2£/х — 2уа, |
(VI.47) |
||||
|
|
112 = |
8/ з |
(— |
01 4 “ 2|Ь И 2 |
|
201222 4“ 0 г ) » |
|
||
|
|
113 = |
8/ з |
(— |
0 1 4" 2 у т з |
— |
2«/138з + У з ), |
( V I . 48) |
||
|
|
123 = |
8/ з |
(— |
02 4" 2у 2223 — |
2уаЗЗЗ 4“0 з ) » |
|
|||
|
*12 = |
8/з (— |
0 1 4" 40 I I I 2 — Зу12 + |
40 1222 — 0 а )» |
(V I . 49) |
|||||
|
*13 = |
8/з |
(— 0 i 4“ 4 у ш з — 6у13 + |
4у1333 — Уз), |
( V I .50) |
|||||
|
*23 = |
8/з (— 02 4 “ 402223 — 6у23 + |
4у2333 — у3) , |
(VI .51) |
||||||
P ll23 = |
32 (3у 1123 — У1223 — 0123з) 4 - 8/з (ЗУ1 — Уа — Уз) — 13 (yi2 4 “ 013) |
|||||||||
|
— 1в/з (Зуш24“ 5ушз — Зу1222 — Зу1339 — 02223 — 0гззз)* |
(VI.52) |
||||||||
Pl223 = 32 (3У1229 — 01123 — 0123з) 4~ ®/3 (ЗУа — 01 —Уз) — 13(у12 4" Ухз) — |
||||||||||
|
— 1в/з (5yi222 4 ” 5у2223 — Зу1112 — Зу2зз3 — У т з — 0 1зэз) • |
( V I • 53) |
||||||||
Pl233 = |
32 (Зу12зз — Упгз — 0122з) 4 “ 8/з (®Уз — 01 — У2) — 13 (у13 + |
У23) — |
||||||||
|
— 1в/з (301333 4 “ 502зз з — Зу1113 — 3у 2223 — У ш а — У1222) • |
(V I . 54) |
Для g-компонентной смеси
У= |
2 |
Pi*i + |
2 |
h ixM + 2 |
1UXW (*t — xj) + |
|
|
|
\< i< g |
|
1< i < j < q |
|
1< i < K q |
|
|
+ |
2 |
^ijxixJ (xi |
xj)2 “h |
2 |
hm x\*J*k + |
|
|
|
\< i< j< q |
|
|
\< l< i< k < q |
|
|
|
+ |
|
У |
^Whxlx x k + |
У |
fo]hhxix}xl + |
|
|
|
\ < i < j < k < q |
|
|
\ < i c f < k < q |
|
|
|
|
|
+ |
У |
h m xixJxhxf |
|
(VI.55) |
|
|
|
|
\ < i < j < k < l < q |
|
|
|
|
|
|
|
|
Pi = |
У1. |
|
(VI. 56) |
|
|
|
?U = 4yy — 2yt — 2yj, |
|
(VI. 57) |
||
|
|
ТУ = */s (— </i + 2уnu — ZyiW + |
У}) • |
(VI. 58) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
277 |
Для |
полинома четвертого порядка |
|
|
|
||||
5Л = |
|
[SI |
+ |
2 ^ |
2 |
2 |
2 |
du u + |
2 |
а+ , |
|||||||
2 |
|
|
|
d UCI |
|
|
||
У |
|
|
1<,/</<?СЯ |
|
1<*/</<? ппи |
\ < i < j < q |
nWJ |
+ |
2 |
Auk |
|
2 |
|
dh k |
| |
|
|
|
Hkk |
+ |
|||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
!«</<*<? |
|
|
|
пШк |
|
|
1 < i < j < k < q |
nijhk |
|||||||
|
\ < i < j < j k < q |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
+ |
|
и |
|
у |
iiM |
J |
. |
|
|
(VI. 80) |
||
где |
|
|
\<l<!<k<l<q |
|
|
|
|
||||||||
|
di = |
V* xt (4xt - |
1) (4x, - |
2) (4xj - |
3), |
|
(VI.81) |
||||||||
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
dij = 4JCI^ (4JC — 1) (4xj — 1), |
|
|
(VI. 82) |
|||||||||
|
|
dijjj = в/я xtxj (4xj — 1) (4xj — 2), |
|
(VI.83) |
|||||||||||
|
|
diuj = 4»xixj(4xl - l) ( 4 x l - 2 ) , |
|
(VI.84) |
|||||||||||
|
|
|
dtijh = 32xtxjxh (4xi — 1), |
|
|
(VI.85) |
|||||||||
|
|
|
dim = 32xtxjxh (4xj — 1), |
|
|
(VI. 86) |
|||||||||
|
|
|
dijkk = 32xixjxh (4xk — 1). |
|
|
(VI.87) |
|||||||||
Если число параллельных опытов во всех точках плана одинаково, |
|||||||||||||||
т. е. п, = л/, = л, все формулы для 5$ примут вид |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
5 |
2 |
|
2 |
^ |
|
|
|
|
|
|
(VI.88) |
|
|
|
|
А |
— ^ |
л |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
у |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
У |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где для полинома второго порядка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
s - |
2 |
|
|
|
2 |
|
|
ЛЧ' |
|
|
(VI.89) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
1</<q |
|
i < i < f < q |
|
|
|
|
|
|||||
для полинома неполного третьего порядка |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
* - 2 |
ь \ + |
|
|
2 |
|
А г |
|
|
|
|
'ijh |
|
(VI.90) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
\ < l < q |
K f < / « 7 |
|
1 < i < j < k < q |
|
|
||||||||
для полинома третьего порядка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
s - 2 |
£? + |
|
|
2 |
|
Hi |
+ |
|
|
2 |
с ' з} + |
|
|
|
|
|
\ < i < q |
\ < i C f < q |
|
|
\ < i < ! < q |
|
|
|||||||
|
|
+ |
2 |
|
|
|
a2Ik +, |
|
|
|
|
|
|
(VI.91) |
|
|
|
|
1<Ki<k<q |
|
K i < j < q |
|
|
|
|||||||
для полинома четвертого порядка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
« = 2 |
а* + |
2 |
|
t > + |
|
2 |
|
|
С + |
2 |
d w t + |
|||
|
|
\ < i < q |
\ < i < J < q |
|
|
l < |
f < |
/ « 7 |
|
\<i<.I<q |
|