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专利号: 2018114859216
申请人: 湖南师范大学
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:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种流程工业过程在线自适应故障监测与诊断方法,其特征在于包含以下步骤:S1:收集正常工况状态下的历史数据,构造工业过程故障监测模型训练集,计算训练样本集均值和标准差,并对训练集进行标准化处理;其具体步骤为:S11:计算并保存训练样本集的均值向量,通过减去样本均值对训练样本集进行中心化处理;

S12:计算并保存训练样本集各数据变量的标准差,通过除以对应的标准差对训练样本集进行无量纲化处理;

S2:从处理后的训练集样本数据中提取主成分;其具体步骤为:S21:计算标准化处理后的工业过程故障监测模型训练集的协方差矩阵,通过SVD分解获得协方差矩阵的特征值和特征向量,并对特征值和对应的特征向量按特征值大小从大到小排序;

S22:设定累积贡献率阈值,根据特征值的累积贡献率确定主成分的个数和对应的特征值;

S23:将所选特征值对应的特征向量组成主成分空间的载荷向量,确定初始训练集的主成分;

S3:采用Lasso和Ridge约束相结合的弹性回归网,稀疏化训练集样本数据主成分,建立初始的工业过程故障监测稀疏主成分分析模型;

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S4:基于所建立的过程故障监测模型,确定过程故障监测统计量T和SPE的过程控制限;

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S5:在线采集工业过程数据,计算在线监测样本的故障监测统计量T和SPE;如T 或SPE超出过程故障监测统计量过程控制限,则表明当前为故障状态,转步骤S6进行故障溯因,否则,表明当前生产为正常工况状态,转步骤S5对工业过程故障监测稀疏主成分分析模型进行递归更新;其具体步骤为:

S51:采用S1步骤中获得的训练样本集均值和方差,对工业过程实时监测数据样本矩阵进行标准化处理;

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S52:计算每条样本的T和SPE统计量值;

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S53:判断T和SPE统计量的值是否超过阈值,若超过阈值,判断为故障数据,否则为正常数据;

S6:用判断为正常的工业过程在线监测数据样本更新训练集,递归更新工业过程故障监测稀疏主成分分析模型,转步骤S4自适应更新过程故障监测统计量的过程控制限;

S7:对检测出来的故障,采用贡献图法,对引发故障原因进行诊断,获得各个过程变量产生相应故障的概率;

S8:重新采集新的过程数据,转步骤S5实现流程工业过程运行工况状态自适应监测。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤S3具体包括:S31:计算训练样本集的格拉姆矩阵;

S32:基于Ridge约束思想将主成分求解问题转化成线性模型求解问题;

S33:在主成分分析线性模型求解问题中加入LASSO惩罚项,将过程故障监测主成分分析模型转化为稀疏主成分分析(SPCA)模型进行求解;

S34:根据调整方差的大小,确定主成分空间载荷向量的稀疏度;

S35:通过双参数交叉迭代求解,确定工业过程故障监测SPCA模型的载荷矩阵。

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3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤S4中的两个统计量T和SPE的过程控制限采用如下公式进行计算:

其中p代表主成分个数,M代表训练集样本数目,Fa(m,n)表示自由度为m和n,置信度为(1‑a)×100%的F百分位点; Ca为置信度为(1‑a)×100%的正态分布点。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤S6具体包括:S61:采用S11和S12步骤中所述的方法,计算并保存新训练集的样本均值和标准差,用历史训练集样本均值和标准差对新的训练数据集进行标准化处理;

S62:递归更新格拉姆矩阵,并对过程故障监测的模型中的Ridge约束进行递归求解,采用Lasso约束对故障监测模型进行稀疏化处理,获得递归稀疏主成分分析模型;

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S63:递归更新过程故障监测统计量T和SPE的控制限。

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤S7具体包括:S71:计算观测变量对过程故障监测统计量的贡献度;

S72:根据贡献度的大小确定过程变量引发故障的概率,确定过程变量引发故障概率规则为,贡献度越大,引发故障的概率越大。