[發(fā)明專利]基于多階段ICA-SVDD的間歇過程故障監(jiān)測方法

有效

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• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN107272655B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 熊偉麗;鄭皓;陳樹
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 林娟

本發(fā)明公開了一種基于多階段ICA?SVDD的間歇過程故障監(jiān)測方法。用于工藝機理復雜并存在多個操作階段的間歇過程。針對一些間歇過程具有的多階段性和數(shù)據(jù)分布非高斯性問題，采用一種改進的階段劃分和故障監(jiān)測方法。首先根據(jù)各個時間片的相似度和K均值算法進行階段劃分，然后對各階段分別利用獨立成分分析方法提取出非高斯的特征信息，最后引入支持向量數(shù)據(jù)描述算法對獨立成分和剩余的高斯殘差空間分別建立統(tǒng)計分析模型，實現(xiàn)對整個過程的故障監(jiān)測。應用于一個實際的半導體蝕刻過程的故障監(jiān)測，結(jié)果表明該方法對多階段間歇過程具有更佳的監(jiān)測效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于多階段ICA-SVDD的間歇過程故障監(jiān)測方法，屬于工業(yè)過程故障診斷和軟測量 領(lǐng)域。

背景技術(shù)

間歇過程是一種比較重要的工業(yè)生產(chǎn)方式，其工藝機理復雜并存在多個操作階段，而且產(chǎn)品質(zhì) 量易受不確定性因素的影響。為了保證間歇生產(chǎn)過程的安全可靠運行以及產(chǎn)品的高質(zhì)量追求，需要建立有 效的過程監(jiān)控系統(tǒng)對間歇生產(chǎn)過程進行故障監(jiān)控。多元統(tǒng)計過程控制方法已經(jīng)廣泛的應用到間歇過程監(jiān)測 中，如多向主元分析(multiwayprincipal component analysis，MPCA)和多向偏最小二乘分析(multiway partial leastsquares，MPLS)。但是大多數(shù)與主成分分析和偏最小二乘分析相關(guān)的數(shù)據(jù)描述方法都有數(shù)據(jù)符合高斯 分布和不同的變量之間的關(guān)系是線性的限制。

針對間歇過程數(shù)據(jù)的非高斯特性，獨立成分分析(independent componentanalysis，ICA)被引入 到過程監(jiān)控領(lǐng)域，為了適應對間歇過程的故障監(jiān)測，一些學者把ICA方法擴展為多向獨立成分分析 (multiway ICA，MICA)方法。雖然可以處理非高斯數(shù)據(jù)，但是在確定過程監(jiān)控統(tǒng)計量的置信限時，基于核 密度估計方法計算過程復雜并且參數(shù)無法準確獲得，當變量維數(shù)較大時，無法避免核密度估計帶來的“維 數(shù)災難”等問題。此外，對于非線性間歇過程的監(jiān)控，傳統(tǒng)的MPCA/MPLS方法也擴展到其非線性形式， 如多向核PCA和多向核PLS，然而，基于這些非線性方法的過程監(jiān)控方法也需要服從高斯分布。

多操作階段是許多間歇過程的一個固有特性，如果采用單一建模方式實現(xiàn)整個批次過程的監(jiān) 控，會導致模型在不同階段內(nèi)的監(jiān)測效果不佳。針對這一特性，國內(nèi)外學者已經(jīng)做了大量的研究，通過對 批次過程進行合理的階段劃分并在子階段內(nèi)建立過程的監(jiān)測模型，從而提高監(jiān)測性能。

過程監(jiān)測可以認為是一個單值分類問題，因為監(jiān)測的任務(wù)是將正常數(shù)據(jù)與故障數(shù)據(jù)分離。支持 向量數(shù)據(jù)描述(Support vector data description，SVDD)算法是一種最初由Tax和Duin提出的單值分類方法。 通過非線性變換將正常數(shù)據(jù)樣本空間映射到高維特征空間并建立一個模型，從而將正常數(shù)據(jù)與故障數(shù)據(jù)分 離，達到過程故障監(jiān)測的目的。使用SVDD算法進行故障監(jiān)測便可以同時處理不符合高斯分布和變量間是 非線性關(guān)系的數(shù)據(jù)。SVDD已經(jīng)被用于損傷檢測、圖像分類、模式識別等領(lǐng)域，在過程監(jiān)控領(lǐng)域中的應用 也開始得到重視。

一種基于獨立成分分析和支持向量數(shù)據(jù)描述的多階段間歇過程的故障監(jiān)測方法，可以有效提高 間歇過程的故障監(jiān)測性能。由于大多數(shù)與主成分分析和偏最小二乘分析相關(guān)的數(shù)據(jù)描述方法都有數(shù)據(jù)符合 高斯分布和不同的變量之間的關(guān)系是線性的限制。該方法可以同時解決過程數(shù)據(jù)非高斯和非線性的監(jiān)測問 題，具有更佳的故障監(jiān)測效果。

發(fā)明內(nèi)容

針對于間歇過程呈現(xiàn)的多階段、非高斯性和非線性，工藝機理復雜，而且產(chǎn)品質(zhì)量易受不確定 性因素的影響，為了提高對多階段間歇過程的故障監(jiān)測性能，本發(fā)明提供一種基于多階段ICA-SVDD的間 歇過程故障監(jiān)測方法。