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专利号: 2018115775082
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:2024-04-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于新型动态主元分析的动态过程监测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤(1):采集生产过程正常运行工况下的样本,组成训练数据矩阵X∈Rn×m,并计算矩阵X中各列向量的均值μ1,μ2,…,μm以及标准差δ1,δ2,…,δm,对应组成均值向量μ=[μ1,μ2,…,μm]T与标准差向量δ=[δ1,δ2,…,δm],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,上标号T表示矩阵或向量的转置;

步骤(2):根据公式 对矩阵X实施标准化处理得到矩阵 其中,U∈Rn×m是由n个相同的均值向量μ组成的矩阵,即U=[μ,μ,…,μ]T,对角矩阵Φ中对角线上的元素由标准差向量δ组成;

步骤(3):记矩阵 设置自相关阶数为D后,根据公式Xd=[xd,xd+1,…,T

xn-D+d-1]构造矩阵X1,X2,…,XD+1,其中下标号d=1,2,…,D+1,xi为标准化后的第i个数据样本,i=1,2,…,n;

步骤(4):设置载荷向量的个数为K,利用新型主元分析算法求取K个载荷向量p1,p2,…,pK,具体的实施过程如下所示;

T

步骤(4.1):初始化向量β=[1,1,…,1],即向量β中所有元素都等于1;

步骤(4.2):根据公式β=β/||β||归一化处理向量β,其中符号||β||表示计算向量β的长度;

步骤(4.3):计算如下所示特征值问题中最大特征值所对应的特征向量pk,此步要求特征向量pk为单位长度:

上式中,λ为特征值,p为特征向量;

步骤(4.4):根据公式 计算得到向量β;

步骤(4.5):判断向量β是否收敛;若否,则返回步骤(4.2);若是,则得到第k个载荷向量pk;

步骤(4.6):根据公式 分别计算得分向量tk与回归向量wk;

T

步骤(4.7):根据公式 更新矩阵 并依据公式Xd=[xd,xd+1,…,xn-D+d-1]构造矩阵X1,X2,…,XD+1;

步骤(4.8):重复步骤(4.1)至步骤(4.7)直至得到K个载荷向量p1,p2,…,pK、K个回归向量w1,w2,…,wK、以及K个得分向量t1,t2,…,tK;

步骤(5):根据公式Θ=P(WTP)-1计算投影变换矩阵Θ,其中矩阵W=[w1,w2,…,wK],载荷矩阵P=[p1,p2,…,pK];

T

步骤(6):计算得分矩阵T=[t1,t2,…,tK]的协方差矩阵Λ=T T/(n-1),并按照如下所示公式计算控制限ψlim与Qlim:上两式中,FK,n-K,α表示置信度为α、自由度分别为K与n-K的F分布所对应的值, 表示自由度为h、置信度为α为卡方分布所对应的值,a和τ分别为Q统计量的估计均值和估计方差;

上述步骤(1)至步骤(6)为离线建模阶段,需保留步骤(1)中的均值与标准差向量、步骤(5)中的投影变换矩阵Θ与载荷矩阵P、以及步骤(6)中的协方差矩阵Λ与控制上限,以备如下所示的在线监测过程调用;

步骤(7):收集新采样时刻的数据样本x∈Rm×1,并根据公式 对x实施标准化处理得到

步骤(8):根据如下所示公式计算统计量ψ与Q的具体数值:步骤(9):判断是否满足条件ψ≤ψlim且Q≤Qlim;若是,则当前样本采集自正常工况,返回步骤(7)继续监测下一时刻的样本数据;若否,则当前监测样本采集自故障工况。