專利名稱：一種與軟測量建模相結(jié)合的過失誤差偵破的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
近年來，軟測量技術(shù)在復(fù)雜工業(yè)過程中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。這種技術(shù)又稱作軟儀表技術(shù)，它是利用可測或易測的相關(guān)量，通過統(tǒng)計(jì)或人工智能等方法來建立其與待測量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系(軟測量模型)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)待測量的測量。無論采用何種方法建立軟測量模型，都需要一定的建模數(shù)據(jù)，而軟測量模型的性能在很大程度上依賴于所獲建模數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。然而，由于各種原因在現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)中不可避免地有誤差存在。在這些誤差中，不但包括隨機(jī)誤差也有過失誤差。過失誤差主要是由于儀表零點(diǎn)漂移，儀表機(jī)械故障，操作不穩(wěn)定等原因造成的，對(duì)建立準(zhǔn)確的軟測量模型產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。因此，必須在建立軟測量模型之前檢測到數(shù)據(jù)中的過失誤差并將其從樣本中剔除，這是準(zhǔn)確建立軟測量模型的前提。
背景技術(shù)：
工業(yè)過程中的過失誤差檢測已經(jīng)受到了一定的關(guān)注。大部分的過失誤差檢測方法都是依賴于統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)提出的。這些方法已經(jīng)在測量和數(shù)據(jù)校正等方面得到了廣泛的應(yīng)用，但是這些方法的使用都需要有過程的約束方程，而這些約束方程的確定是建立在過程模型的基礎(chǔ)上的。軟測量建模的過程是一個(gè)依據(jù)數(shù)據(jù)建模的過程，主要針對(duì)的是無法準(zhǔn)確建立過程模型的測量量，因此無法利用上述方法對(duì)建模數(shù)據(jù)中的過失誤差進(jìn)行檢測。針對(duì)這個(gè)問題，本發(fā)明提出了一種基于聚類分析的過失誤差檢測方法，該方法不依賴于過程的數(shù)學(xué)模型，是一種直接基于軟測量建模數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)過失誤差檢測的方法。這種方法最大限度地降低了實(shí)現(xiàn)過失誤差偵破的條件，直接面向建模數(shù)據(jù)，容易實(shí)現(xiàn)，確保了建立軟測量模型數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，進(jìn)而保障軟測量建模的順利進(jìn)行。將該方法應(yīng)用到LF爐終點(diǎn)溫度軟測量建模數(shù)據(jù)的過失誤差檢測中，結(jié)果顯示該方法可以有效地檢測建模數(shù)據(jù)中的過失誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)軟測量建模過程中建模數(shù)據(jù)誤差偵破的特殊性，本文提出了一種新的聚類分析方法，中心歐氏距離聚類(CED-Centre EuclideanDistance)算法，用該聚類方法進(jìn)行過失誤差偵破時(shí)不再依賴過程的數(shù)學(xué)模型，而是直接作用于軟測量建模數(shù)據(jù)，最大限度地降低了實(shí)現(xiàn)過失誤差偵破的條件，容易實(shí)現(xiàn)?？紤]到單純使用聚類思想的不足(由于其完全基于數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，造成偵破過程缺乏指導(dǎo)，進(jìn)而容易產(chǎn)生過度偵破的現(xiàn)象)，提出了一種將過失誤差偵破與軟測量建模相結(jié)合的思想，用建模誤差對(duì)過失誤差偵破過程進(jìn)行指導(dǎo)，這樣既保證了過失誤差的偵破，同時(shí)又防止了過渡偵破現(xiàn)象的發(fā)生，并且在過失誤差偵破的同時(shí)完成了軟測量模型的建立。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是將聚類分析方法應(yīng)用到軟測量建模數(shù)據(jù)過失誤差偵破中，其主要思想是采用聚類分析的方法將整個(gè)建模數(shù)據(jù)分成兩類過失誤差類和正確數(shù)據(jù)類，這樣可以方便地將過失誤差從建模數(shù)據(jù)中分離出來，從而提高建模數(shù)據(jù)的質(zhì)量。然而在對(duì)建模數(shù)據(jù)進(jìn)行過失誤差偵破的過程中，前面提到的聚類方法都不能有效的將過失誤差數(shù)據(jù)從建模數(shù)據(jù)中分離出來。針對(duì)過失誤差偵破的特殊性，本文提出了一種新的聚類方法-中心歐式距離聚類(CED)，該方法首先利用山峰算法的思想確定數(shù)據(jù)中心，計(jì)算各數(shù)據(jù)點(diǎn)到數(shù)據(jù)中心的歐氏距離，然后通過該距離找到數(shù)據(jù)點(diǎn)間的最大間隔，并以此為分界點(diǎn)依據(jù)每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)到數(shù)據(jù)中心的歐氏距離將距離數(shù)據(jù)中心較遠(yuǎn)的部分劃分為過失誤差類，其余部分劃分為正確數(shù)據(jù)類?？紤]單純使用CED聚類進(jìn)行過失誤差會(huì)由于偵破過程缺乏指導(dǎo)而產(chǎn)生過度偵破的現(xiàn)象，這里提出了將過失誤差偵破與軟測量建模過程相結(jié)合的思想將用CED劃分后的正確數(shù)據(jù)作為建模數(shù)據(jù)建立軟測量模型，并將其建模誤差e與以劃分前的數(shù)據(jù)為建模數(shù)據(jù)的建模誤差e(l進(jìn)行比較，如果e < e0則表明此次的誤差偵破為有效偵破，剔除誤差數(shù)據(jù)后再用CED進(jìn)行劃分，否則認(rèn)為是無效偵破停止迭代。圖1為該方法的流程圖。由于這種方法的聚類過程是依據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)到數(shù)據(jù)中心的歐氏距離來進(jìn)行的，因此可以有效地將過失誤差劃分出來。另外這種方法是以軟測量建模誤差為判定準(zhǔn)則的，因此在完成過失誤差偵破的同時(shí)也得到了一個(gè)準(zhǔn)確的軟測量模型。這種與軟測量建模相結(jié)合的基于聚類的過失誤差偵破方法可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)集的過失誤差偵破，并建立準(zhǔn)確的軟測量模型。其具體步驟如下I)確定樣本數(shù)據(jù)集[X1, X2, ···, Xn]計(jì)算用該數(shù)據(jù)集進(jìn)行軟測量建模的建模誤差％2)用山峰算法確定數(shù)據(jù)的中心C3)計(jì)算各個(gè)樣本點(diǎn)到中心的歐氏距離[Clpd2, ...，dN]，其中
4)將所有距離由大到小排序得到新的向量[(Is1, ds2,…，dsN]5)根據(jù)距離排序結(jié)果將相鄰距離互減得到向量[(Im1, dm2, ···, dm^J其中！(Imi= dsj-dsj+! i = 1,2,6)找到最大值dmk，則可得到dsk+1對(duì)應(yīng)的歐氏距離Cl17)以Cl1為分界點(diǎn)，根據(jù)樣本點(diǎn)到中心的歐氏距離將數(shù)據(jù)分為兩類Xi為過失誤差類，Cli彡Cl1Xi為正確數(shù)據(jù)類，Cli < Cl18)將正確數(shù)據(jù)作為建模數(shù)據(jù)進(jìn)行軟測量建模，得到建模誤差e。Se <%，則認(rèn)為此次過失誤差偵破是有效的，將去除過失誤差后的數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)，并令W = ^返回步驟2)；若e > %，則此次過失誤差偵破是無效的，保留上次迭代結(jié)果。9)過失誤差檢測結(jié)束。


圖1基于CED聚類算法的過失誤差檢測方法流程圖。
權(quán)利要求
1.一種與軟測量建模相結(jié)合的過失誤差偵破，其特征在于對(duì)軟測量建模過程中建模數(shù)據(jù)過失誤差偵破的特殊性，提出了一種與軟測量建模過程相結(jié)合，將建模誤差作為過失誤差偵破過程指導(dǎo)的一種新型過失誤差偵破方法。
2.權(quán)利要求1所述的一種與軟測量建模相結(jié)合的過失誤差偵破，其特征還在于針對(duì)軟測量建模過程中建模數(shù)據(jù)過失誤差偵破的特殊性，提出了一種適用于軟測量數(shù)據(jù)的中心歐氏距離聚類算法(CED)。
3.權(quán)利要求1所述的一種與軟測量建模相結(jié)合的過失誤差偵破，其特征還在于將過失誤差偵破與軟測量建模過程相結(jié)合，將建模誤差作為過失誤差偵破過程的指導(dǎo)，使其克服了由于單純基于數(shù)據(jù)而存在的缺陷，并且在完成過失誤差偵破的同時(shí)建立了軟測量模型。
全文摘要
本發(fā)明是一種與軟測量建模相結(jié)合的過失誤差偵破，該方法針對(duì)軟測量建模過程中建模數(shù)據(jù)過失誤差偵破的特殊性，提出了一種適用于軟測量數(shù)據(jù)的中心歐氏距離聚類算法(CED)，這種新方法依據(jù)各數(shù)據(jù)點(diǎn)到數(shù)據(jù)中心的歐氏距離來判定過失誤差，脫離了傳統(tǒng)過失誤差偵破方法依賴于機(jī)理模型的束縛，更好地適應(yīng)軟測量的特點(diǎn)。針對(duì)單純使用聚類算法實(shí)現(xiàn)過失誤差偵破的不足，將其與軟測量建模過程相結(jié)合，將建模誤差作為過失誤差偵破過程的指導(dǎo)，使其克服了由于單純基于數(shù)據(jù)而存在的缺陷，并且在完成過失誤差偵破的同時(shí)建立了軟測量模型。
文檔編號(hào)G06F19/00GK103034783SQ20121053185
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者田慧欣 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)