基于局部学习策略的改进独立元分析方法及其在多工况过程监控中的应用

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:huanzhonga
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随着科学技术和社会生产力的发展,现代工业日趋大型化和复杂化,对系统安全性与可靠性的要求也越来越高。工业计算机系统记录了大量的工业过程数据,为基于数据驱动的故障诊断方法提供了研究基础。本文针对流程工业过程存在的多工况特点,以局部学习策略为框架,研究基于改进独立元分析(Independent Component Analysis,ICA)的多工况过程故障诊断方法。本文的主要研究工作如下:首先,针对多工况工业过程故障诊断问题,提出一种基于6)最近邻标准化的独立元分析(6)Nearest Neighbor ICA,KNNICA)方法。该方法在6)最近邻域内对多工况数据进行标准化,消除数据的多工况差异,并针对单一工况数据建立ICA模型检测过程故障。在连续搅拌反应釜(Continuous Stirred Tank Reactor,CSTR)和田纳斯-伊斯曼(Tennessee Eastman,TE)多工况过程上的仿真结果显示,KNNICA能够有效地检测多工况过程故障。然后,针对多工况过程监控中的统计信息提取问题,提出两种改进的独立元分析方法:局部熵独立元分析(Local Entropy ICA,LEICA)和局部统计量独立元分析(Local Statistics ICA,LSICA)两种方法。LEICA将局部学习策略引入信息熵理论,利用局部概率密度估计方法来消除操作数据的多工况差异,并通过计算过程数据的局部信息熵,提取过程的统计特征信息。统计模式分析(Statistics Pattern Analysis,SPA)也是一种有效的统计信息提取手段,LSICA将局部概率密度估计与SPA结合处理多工况过程数据,在局部统计量空间建立ICA成分统计模型监测过程运行状态。在TE和CSTR过程上的仿真结果证明,与传统ICA方法和KNNICA方法相比,LEICA和LSICA具有更好的过程监控性能。最后,针对包含过渡工况的多工况过程故障监控问题,提出一种基于加权距离空间的独立元分析(Weighted Distance Space ICA,WDSICA)方法。该方法采用滑动窗技术对多工况过程进行分割,将数据从原始变量空间映射到加权距离变量空间,消除包含过渡工况在内的多工况差异;利用ICA方法在距离变量空间建立成分统计模型,构造监控统计量检测过程故障。最后利用一个基于CSTR多工况系统的监控案例来验证方法的有效性。
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