一種基于張量全局-局部保持投影的間歇過程在線監(jiān)控方法
【專利摘要】一種基于張量全局-局部保持投影的間歇過程在線監(jiān)控方法，包括以下步驟：1）選擇正常批次數(shù)據(jù)，建立訓(xùn)練樣本集；建立移動數(shù)據(jù)窗口，得到k時刻窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)將標(biāo)準(zhǔn)化為Xk；對Xk執(zhí)行張量全局-局部保持投影算法，得到投影矩陣U和V；建立監(jiān)控模型Yk=UTXkV，計算k時刻樣本批次的SPE統(tǒng)計量；計算SPE統(tǒng)計量的控制限；2）記錄監(jiān)控批次在k時刻窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)將其標(biāo)準(zhǔn)化為把映射到監(jiān)控模型，計算SPE統(tǒng)計量；檢查SPE是否超限；如果超過，進(jìn)行故障診斷，否則繼續(xù)監(jiān)控k+1時刻。本發(fā)明通過集成張量全局-局部保持投影和移動數(shù)據(jù)窗口技術(shù)，能同時挖掘數(shù)據(jù)全局和局部特征、有效避免數(shù)據(jù)展開引起的信息損失、準(zhǔn)確性良好。
【專利說明】ー種基于張量全局-局部保持投影的間歇過程在線監(jiān)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及過程監(jiān)控領(lǐng)域，具體涉及ー種間歇過程監(jiān)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，間歇過程在生物制藥、食品加工、精細(xì)化工、冶金及造紙等行業(yè)中被廣泛采用。間歇過程由于受多エ序、多變量、反應(yīng)復(fù)雜、エ序運(yùn)行時間不確定、產(chǎn)品頻繁更換等多種因素的影響，發(fā)生異常エ況的概率較高。一旦出現(xiàn)異常エ況，就有可能產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致生產(chǎn)能力下降和產(chǎn)品質(zhì)量波動，嚴(yán)重情況下甚至可能損壞設(shè)備，造成人員傷亡和環(huán)境污染，影響企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。如何保障間歇過程安全可靠地運(yùn)行并產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品，已成為過程エ業(yè)界關(guān)注的焦點。
[0003]過程監(jiān)控作為保障エ業(yè)過程生產(chǎn)安全和產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段，自20世紀(jì)中后期以來愈來愈受到眾多學(xué)者的重視。與連續(xù)エ業(yè)過程類似，間歇過程的過程監(jiān)控方法大致可劃分為三類:基于定量數(shù)學(xué)模型的方法、基于知識的方法和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法。基于數(shù)學(xué)模型的方法和基于知識的方法依賴于精確的過程模型以及大量生產(chǎn)經(jīng)驗和過程知識，實施困難、通用性較差。基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法以多變量統(tǒng)計分析理論為基礎(chǔ)，僅利用過程數(shù)據(jù)進(jìn)行建模和監(jiān)控，操作簡單、實施方便，是目前間歇過程監(jiān)控領(lǐng)域的研究熱點。
[0004]由于基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的過程監(jiān)控方法是基于過程數(shù)據(jù)來建模的，對數(shù)據(jù)中所包含的結(jié)構(gòu)信息挖掘是否充分將直接影響過程監(jiān)測的效果。然而，現(xiàn)有的大多數(shù)方法是基于傳統(tǒng)多元統(tǒng)計分析方法(例如PCA)發(fā)展而來的，它們僅關(guān)注了數(shù)據(jù)的全局結(jié)構(gòu)信息，即方差信息，而對于數(shù)據(jù)的局部結(jié)構(gòu)信息，即數(shù)據(jù)之間的拓?fù)潢P(guān)系，沒有給予足夠的重視，導(dǎo)致監(jiān)控效果不是很理想。近年來，出現(xiàn)了部分基于流形學(xué)習(xí)算法(例如LPP)的過程監(jiān)控方法，這些方法與傳統(tǒng)多元統(tǒng)計分析方法正相反，它們雖然能夠充分挖掘數(shù)據(jù)的局部結(jié)構(gòu)信息，卻忽略了數(shù)據(jù)的全局結(jié)構(gòu)信息。目前，能夠同時對數(shù)據(jù)的全局結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和特征提取的算法是比較匱乏的。
[0005]另ー方面，間歇過程的生產(chǎn)數(shù)據(jù)具有獨(dú)特的三維數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)形式，利用傳統(tǒng)的多向多元統(tǒng)計方法(例如MPCA、MPLS和MLPP等)分析間歇過程數(shù)據(jù)時，需先將三維數(shù)據(jù)集展開成ニ維矩陣，才能進(jìn)行分析和建摸。然而，數(shù)據(jù)展開不僅會破壞原有數(shù)據(jù)的空間相關(guān)性，引起結(jié)構(gòu)信息損失，而且容易造成“維數(shù)災(zāi)難”，嚴(yán)重影響過程監(jiān)控效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有間歇過程監(jiān)控方法僅關(guān)注數(shù)據(jù)全局或局部特征、數(shù)據(jù)展開時存在信息損失、準(zhǔn)確性較差的不足，本發(fā)明通過集成張量全局-局部保持投影和移動數(shù)據(jù)窗ロ技術(shù)，提供ー種能同時挖掘數(shù)據(jù)全局和局部特征、有效避免由數(shù)據(jù)展開引起的信息損失、準(zhǔn)確性良好的基于張量全局-局部保持投影的間歇過程在線監(jiān)控方法。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:[0008]一種基于張量全局-局部保持投影的間歇過程在線監(jiān)控方法，所述監(jiān)控方法包括以下步驟:
[0009]I)建立間歇過程的離線監(jiān)控模型，由以下步驟實現(xiàn):
[0010](1.1)選擇間歇過程的正常批次數(shù)據(jù)X1(KXJ), XJKXJI'XJKXJ)，...,X1(KXJ),建立訓(xùn)練樣本集
【權(quán)利要求】
1.一種基于張量全局-局部保持投影的間歇過程在線監(jiān)控方法，其特征在于:所述監(jiān)控方法包括以下步驟: I)建立間歇過程的離線監(jiān)控模型，由以下步驟實現(xiàn): (I.I)選擇間歇過程的正常批次數(shù)據(jù)X, (K X J)，X2 (K X J)，…，Xi (K X J)，…，X1 (K X J)，建立訓(xùn)練樣本集又(/X欠AS,..X...,;?，其中I是正常批次的個數(shù)，K是采樣點個數(shù)，J是變量個數(shù)； (1.2)選擇移動數(shù)據(jù)窗口的長度1，得到在k時刻窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)樣本
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種基于張量全局-局部保持投影的間歇過程在線監(jiān)控方法，其特征在于:所述步驟(2.1)中，當(dāng)前監(jiān)控批次在k時刻移動窗口中的數(shù)據(jù)足
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種基于張量全局-局部保持投影的間歇過程在線監(jiān)控方法，其特征在于:所述步驟(2.2)中，利用下式將
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種基于張量全局-局部保持投影的間歇過程在線監(jiān)控方法，其特征在于:步驟(2.3)中判定SPE統(tǒng)計量超過其控制限的標(biāo)準(zhǔn)是SPEnew>SPEa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4之一所述的ー種基于張量全局-局部保持投影的間歇過程在線監(jiān)控方法，其特征在于:所述步驟(2.4)中，利用貢獻(xiàn)圖法進(jìn)行故障診斷，具體過程為:①利用公式
【文檔編號】G05B19/048GK103576594SQ201310558171
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】羅利佳, 包士毅, 高增梁 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)