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专利号: 2018113307779
申请人: 江南大学
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:2023-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于故障敏感主元选择的多块PCA故障监测方法,应用于化工过程-TE过程,用于对TE过程中的故障进行监测,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:获取原始正常工况数据集,对其进行标准化处理得到新的数据集;

步骤2:对数据集X作PCA分解;

步骤3:定义第i个主元对第j为变量上的故障敏感系数,将每种排序结果划分为一个子块;

步骤4:确定敏感系数ε的阈值εlim,在第j个子块中,选择εij>εlim的前kj个主元进行监测,kj即为第j个子块中选择的主元个数,得到该子块的T2统计量控制限步骤5:对于通过传感器采集到的待监测样本xtest,依次计算其在第j个子块中的T2统计量;

步骤6:在获得所有子块的监测结果以后,基于贝叶斯推断方法,将各子块监测结果融合为BIC统计量,得到最终的监测结果,当BIC统计量超过控制限时,则认为该监测样本发生了故障。

2.根据权利要求1所述的基于故障敏感主元选择的多块PCA故障监测方法,其特征在于,上述步骤1为:获取原始正常工况数据集X0∈Rn×m,对其进行标准化处理得到数据集X∈Rn×m,其中n代表样本个数,m代表变量个数;标准化处理方法为:其中x0b表示数据集X0中的第b个样本,xb表示标准化后的第b个样本,mean(X0)表示矩阵X0的均值向量,std(X0)表示矩阵X0的标准差向量。

3.根据权利要求1所述的基于故障敏感主元选择的多块PCA故障监测方法,其特征在于,上述步骤2为:对数据集X作PCA分解:

T=XP        (3)

X=TPT+E        (4)

其中V是对协方差矩阵 作特征值分解得到的特征向量矩阵,Λ是一个对角阵,其对角线上的元素为从大到小排列的特征值,T∈Rn×k表示得分矩阵,P∈Rm×k表示载荷矩阵,它由矩阵V的前k列组成,k则表示PCA中选取的主元个数,E则代表残差空间中的信息。

4.根据权利要求1所述的基于故障敏感主元选择的多块PCA故障监测方法,其特征在于,上述步骤3为:定义第i个主元对第j为变量上的故障敏感系数εij为其中pij是矩阵V中的第i行第j列的元素,λi是第i个特征向量对应的特征值,利用式(4)计算得到的故障敏感系数εij的值,并根据故障敏感系数εij的大小对载荷向量进行排序得到 共有m种排序结果,其中上标j表示第j种结果,代表了各主元对第j维变量上的故障敏感系数大小;将每种排序结果划分为一个子块。

5.根据权利要求1所述的基于故障敏感主元选择的多块PCA故障监测方法,其特征在于,上述步骤4为:确定敏感系数ε的阈值εlim,在第j个子块中,选择εij>εlim的前kj个主元进行监测,kj即为第j个子块中选择的主元个数,则该子块的T2统计量控制限 为:其中n代表数据集X中的样本个数, 表示F分布在自由度为kj与n-kj下,置信度为α时的值,通常α的值取0.99。

6.根据权利要求1所述的基于故障敏感主元选择的多块PCA故障监测方法,其特征在于,上述步骤5为:对于新采集到的待监测样本xtest,依次计算其在第j个子块中的T2统计量其中 为载荷向量 所对应的特征值;若 则认为第j个子块中发生了故障。

7.根据权利要求1所述的基于故障敏感主元选择的多块PCA故障监测方法,其特征在于,上述步骤6为:在获得所有子块的监测结果以后,基于贝叶斯推断方法,将各子块监测结果融合为BIC统计量,得到最终的监测结果;所述的贝叶斯推断方法为:2

在贝叶斯推断中,新采集到的待监测样本xtest在第j个子块中T统计量的故障条件概率可表示为:其中xtest,j表示第j个子块中的测试样本,似然函数 和 定义如下:其中“N”和“F”分别代表正常和故障的情况, 是正常样本的先验概率,其值为置信度β,则 为1-β; 是新样本在第j个子块的T2统计量; 是第j个子块的T2统计量控制限;最终融合的BIC统计量可以由式(10)计算:BIC统计量控制限为1-β;当BIC统计量超过控制限时,则认为该监测样本发生了故障。