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专利号: 2017114566085
申请人: 宁波大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-04-03
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于修剪独立元回归策略的非高斯过程监测方法,其特征在于,包括以下步骤:离线建模阶段的实施过程如下所示:

(1)收集生产过程正常运行状态下的数据样本,组成训练数据集X∈Rn×m,并对每个变量进行标准化处理,得到均值为0,标准差为1的新数据矩阵 其中,n为训练样本数,m为过程测量变量数,R为实数集,Rn×m表示n×m维的实数矩阵;

(2)利用修正型独立元分析(MICA)算法为 建立相应的MICA模型: 初始化i=1,其中, 为d个独立成分列向量组成的矩阵,W∈Rm×d为分离矩阵,A∈Rm×d为混合矩阵,E∈Rn×m表示模型误差,上标号T表示矩阵或向量的转置;

(3)假设矩阵 中第i列数据缺失,可将新数据矩阵 与分离矩阵W分别表述成与 其中, 为矩阵 中第i列, 由矩阵 中剩余的列组成, 为矩阵W中对应于缺失数据的行向量, 由矩阵W中剩余的行向量组成;

(4)利用最小二乘回归构建修剪独立元 与S之间的回归模型,即:上式中,修剪独立元 回归矩阵 Ei∈Rn×d为独立元估计误差矩阵;

(5)对独立元估计误差矩阵 实施奇异值分解,即:其中,Ui与Vi为酉矩阵,Λi为对角矩阵;因此,独立元估计误差矩阵Ei消除冗余的变换矩阵为Θi=ViΛi-1;

(6)根据公式Ui=EiΘi计算出剔除冗余信息后的误差向量Ui,并判断是否满足条件i<m;若是,则置i=i+1后返回步骤(3);若否,则将得到的误差向量组成矩阵U=[U1,U2,…,Um]后继续执行下一步骤;

(7)计算U的协方差矩阵Φ=UTU/(n-1),并计算监测指标Q的控制上限在线故障检测的实施过程如下所示:

(8)收集新采样时刻的数据样本x∈R1×m,对其实施与步骤(1)中相同的标准化处理得到新数据向量 后,初始化i=1;

(9)假设新数据向量 中第i个数据缺失,可表示成 其中,xi#为第i个缺失的数据,xi*由向量 中除缺失数据以外的元素组成;

(10)利用如下所示公式计算出向量 在缺失第i个数据的前提下的修剪独立元 即:(11)按照如下所示公式计算独立元估计误差ei:上式中,独立元实际值

(12)利用公式ui=eiΘi计算消除冗余信息后的误差ui后,判断是否满足条件i<m;若是,则置i=i+1后返回步骤(9);若否,则将得到的误差组成向量u=[u1,u2,…,um]并继续执行下一步骤;

(13)按照如下所示公式计算当前被监测样本数据的监测指标Q,即:Q=uΦ-1uT  (5)

判断Q的具体数值是否大于对应控制上限Qc;若否,则当前样本为正常工况采样;若是,则当前采样数据则来自故障工况。

2.根据权利要求1所述的一种基于修剪独立元回归策略的非高斯过程监测方法,其特征在于,所述步骤(2)中利用MICA算法为 建立MICA模型的具体实施过程如下所示:①计算 的协方差矩阵 其中C∈Rm×m;

②计算协方差矩阵C的所有特征值和特征向量,并剔除小于0.0001的特征值及其对应的特征向量,得到特征向量矩阵P=[p1,p2,…,pM]∈Rm×M以及特征值对角矩阵D∈RM×M;其中,特征向量p1,p2,…,pM都是单位长度的向量;

③根据公式 对 进行白化处理,得到Z∈Rn×M,并初始化i=1;

④取列向量ci为M×M维单位矩阵中的第i列,⑤按照如下所示公式更新ci,即:

ci←E{Zg(ciTZ)}-E{h(ciTZ)}ci  (6)上式中,E{}表示求取向量的平均值,函数g和h的具体形式如下所示:g(u)=tanh(u)  (7)

h(u)=[sech(u)]2  (8)上两式中,u为函数自变量,在这里指代ciTZ中的元素;

⑥对更新后的向量ci依次按照下式进行正交标准化处理:ci←ci/||ci||  (10)

⑦重复步骤⑤~⑥直至向量ci收敛,并保存向量ci;

⑧判断i<M;若是,置i=i+1后,重复步骤④~⑧;若否,执行步骤⑨;

⑨将得到的所有M个向量c1,c2,…,cM组成矩阵C=[c1,c2,…,cM]∈RM×M,并按照如下所m×M m×M示公式计算分离矩阵W0∈R 与混合矩阵A0∈R :A0=PD1/2C  (11)

W0=PD-1/2C  (12)

⑩计算A0中每一列向量的长度,分别记为L1,L2,…,LM,并将L1,L2,…,LM按照数值大小进行降序排列得到l1,l2,…,lM,那么保留的独立成分个数d为满足下列条件的最小值:将A0中列向量长度最大的d个列向量组成新的混合矩阵A∈Rm×d,同时从W0中取出与A对应的列向量组成新分离矩阵W∈Rm×d;

最后得到的MICA模型为