[發明專利]一種基于耦合關系的流程工業生產系統數據監測方法

有效

• 申請號: 201810442946.1
• 申請日: 2018-05-10
• 公開（公告）號: CN108508860B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 高智勇;李鼎;梁艷杰;亢嘉妮;王榮喜;高建民;姜洪權
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 楊博

1.一種基于耦合關系的流程工業生產系統數據監測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1，獲取集散控制系統從生產現場采集的流程工業生產系統監測數據，并且對監測數據進行標準化處理；

步驟S2，通過改進符號傳遞熵刻畫系統內監測數據之間的耦合關系，確定耦合關系強度和耦合關系方向；具體的，基于有限穿越和有限跨越水平可視圖符號傳遞熵算法以兩個可視點之間跨過的數據點的個數作為符號化值，對符號化序列的傳遞熵計算公式為：

其中τ為延遲時間，為兩個符號化序列在t時刻和t+τ時刻的聯合概率，和為對應的兩個條件概率分布；

步驟S3，耦合關系異常監測，確定耦合關系異常點對應的監測數據點；

步驟S4，局部異常點監測，基于密度的局部異常點監測方法，獲取監測數據異常點的準確位置；

所述步驟S2中確定耦合關系強度和耦合關系方向的具體過程是：

步驟S2.1，計算采集到的監測時間序列的信噪比為其中P_S為降噪后監測數據的功率，P_N為噪聲序列功率；

步驟S2.2，根據監測時間序列的信噪比確定改進符號傳遞熵的參數，有限穿越值和有限跨越值，獲得符號化序列，然后計算兩個監測時間序列之間的耦合關系；

步驟S2.3，以監測時間序列的平均周期最大值的2倍作為符號傳遞熵的滑動窗口長度；

步驟S2.4，計算監測時間序列兩兩之間的耦合關系強度，確定耦合方向，并且建立耦合關系網絡；

所述步驟S2.1中監測時間序列的信噪比的計算過程是，使用小波包對監測數據進行降噪，獲得降噪后的監測數據，然后計算兩組數據的功率，計算公式為：其中N為時間序列長度，x_i表示監測數據在i時刻的幅值；

所述步驟S3中耦合關系異常監測的具體過程是：建立生產系統正常運行狀態下耦合關系強度的統計模型，確定T²和SPE的控制限，然后計算實時監測數據求得耦合關系強度核主成分分析統計量T²和SPE；然后監測實時監測數據求得的耦合關系強度是否超出上述控制限，如果超出，則監測數據間耦合關系發生異常，并且確定耦合關系異常點對應的監測數據點；

所述步驟S3中計算耦合關系強度核主成分分析統計量T²和SPE的具體過程是：計算耦合關系強度核矩陣，并且將核矩陣的特征值進行標準化處理；計算多個監測點樣本在高維空間的投影；在系統運行正常狀態下檢測數據的耦合強度計算T2和SPE，其中T2統計指標控制限根據卡方分布F獲得，SPE的控制限根據其近期分布獲得；將監測點集合投影到上述高維空間中，并且計算得到數據的T²統計量和SPE統計量；

所述步驟S4中基于密度的局部異常點監測方法的具體過程是：

步驟S4.1，計算監測點與異常檢測數據之間的距離；

步驟S4.2，計算檢測點的最大距離和局部最大密度；

步驟S4.3，計算監測點的局部離群因子。