[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于多變量互信息優(yōu)選的質(zhì)量預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811220918.1
• 申請(qǐng)日: 2018-10-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109165878B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋勵(lì)嘉;童楚東;俞海珍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 寧波大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06Q10/06
• 分類(lèi)號(hào): G06Q10/06;G06F17/16
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種基于多變量互信息優(yōu)選的質(zhì)量預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

首先，離線(xiàn)建模階段包括如下所示步驟(1)至步驟(11)；

步驟(1)：從生產(chǎn)過(guò)程對(duì)象的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中找出能反映產(chǎn)品質(zhì)量的指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)組成輸出矩陣Y∈R^n×k，與輸出Y相對(duì)應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)組成輸入矩陣X∈R^n×m，其中，n為訓(xùn)練樣本數(shù)，m為過(guò)程測(cè)量變量數(shù)，k為質(zhì)量指標(biāo)數(shù)，R為實(shí)數(shù)集，R^n×m表示n×m維的實(shí)數(shù)矩陣；

步驟(2)：計(jì)算輸出矩陣Y中各列向量的均值μ₁，μ₂，…，μ_k與標(biāo)準(zhǔn)差δ₁，δ₂，…，δ_k后，按照公式對(duì)Y中各行向量實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化處理得到標(biāo)準(zhǔn)化后的輸出矩陣其中行向量y與分別表示矩陣Y與中的任意一個(gè)行向量，輸出均值向量μ＝[μ₁，μ₂，…，μ_k]、輸出標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)角矩陣中對(duì)角線(xiàn)上的元素為δ₁，δ₂，…，δ_k；

步驟(3)：對(duì)矩陣X實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化后的輸入矩陣初始化c＝1并根據(jù)如下所示公式初始化一條長(zhǎng)度為m的二進(jìn)制數(shù)b：

步驟(4)：根據(jù)二進(jìn)制數(shù)b中元素1的位置，對(duì)應(yīng)地從矩陣中選取相應(yīng)的列向量組成矩陣Z；

步驟(5)：利用如下所示的多變量互信息計(jì)算過(guò)程，計(jì)算矩陣Z與矩陣之間的相關(guān)性φ_c；

①將矩陣Z與矩陣合并成一個(gè)矩陣設(shè)置距離近鄰個(gè)數(shù)r＝3并初始化p＝1；

②計(jì)算矩陣A中第p行向量與A中第q＝1，2，…，n行向量之間的距離，然后按數(shù)值大小做升序排列，并記錄第r+1個(gè)數(shù)值θ_p；

③計(jì)算矩陣Z中第p行向量與中第q＝1，2，…，n行向量之間的距離然后記錄距離大小滿(mǎn)足條件的個(gè)數(shù)β_p；

④計(jì)算矩陣中第p行向量與中第q＝1，2，…，n行向量之間的距離然后記錄距離大小滿(mǎn)足條件的個(gè)數(shù)δ_p；

⑤利用記錄的β_p與δ_p計(jì)算其相應(yīng)的Digamma函數(shù)ψ(β_p)與ψ(δ_p)，其中Digamma函數(shù)滿(mǎn)足條件ψ(x+1)＝ψ(x)+1/x，x為函數(shù)自變量，當(dāng)x＝1時(shí)，ψ(1)＝-0.57721；

⑥判斷p是否小于n；若是，則置p＝p+1后返回至②；若否，則分別計(jì)算得到ψ(β₁)，ψ(β₂)，…，ψ(β_n)與ψ(δ₁)，ψ(δ₂)，…，ψ(δ_n)的平均值，記為與ξ；

⑦按照下式計(jì)算矩陣Z與之間的互信息大小：

那么，矩陣Z與矩陣之間的相關(guān)性φ_c為

步驟(6)：判斷c是否小于C；若是，則置c＝c+1與b＝b+1后返回至步驟(4)；若否，則得到C個(gè)相關(guān)性數(shù)值φ₁，φ₂，…，φ_C；其中，C＝2^m-1+2^m-2+…+2⁰；

步驟(7)：將φ₁，φ₂，…，φ_C中的最大值所對(duì)應(yīng)的下標(biāo)號(hào)c轉(zhuǎn)換成m位的二進(jìn)制數(shù)后，記錄該二進(jìn)制數(shù)中元素1所在位置為集合Φ，則Φ中優(yōu)選出的變量即為與輸出質(zhì)量指標(biāo)密切相關(guān)的輸出變量；

步驟(8)：根據(jù)集合Φ中存儲(chǔ)的變量位置從矩陣中選出對(duì)應(yīng)的列向量組成輸出相關(guān)矩陣而中其余的列向量則組成輸出不相關(guān)矩陣

步驟(9)：建立輸出相關(guān)矩陣與輸出矩陣之間的軟測(cè)量模型：其中表示軟測(cè)量模型擬合出的函數(shù)關(guān)系，E為預(yù)測(cè)誤差，根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同，可用算法有偏最小二乘回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量回歸；

步驟(10)：根據(jù)公式計(jì)算出軟測(cè)量模型的輸出估計(jì)值并計(jì)算的協(xié)方差矩陣上標(biāo)號(hào)T表示矩陣或向量的轉(zhuǎn)置；

步驟(11)：計(jì)算矩陣的協(xié)方差矩陣并根據(jù)公式與計(jì)算出控制上限D(zhuǎn)_lim與Q_lim；

其次，離線(xiàn)建模階段完成后，當(dāng)過(guò)程對(duì)象測(cè)量到新的樣本數(shù)據(jù)時(shí)，即開(kāi)始實(shí)施在線(xiàn)質(zhì)量指標(biāo)預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)，包括如下所示步驟(12)至步驟(16)；

步驟(12)：采集最新采樣時(shí)刻的樣本數(shù)據(jù)x∈R^1×m，并對(duì)其實(shí)施步驟(3)中與矩陣X相同的標(biāo)準(zhǔn)化處理得到向量

步驟(13)：根據(jù)集合Φ從行向量中選出相應(yīng)的列組成行向量而中其余元素則組成行向量

步驟(14)：根據(jù)公式計(jì)算出當(dāng)前采樣時(shí)刻的軟測(cè)量模型的輸出并根據(jù)公式計(jì)算當(dāng)前采樣時(shí)刻的質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)y；

步驟(15)：根據(jù)如下所示公式計(jì)算與質(zhì)量指標(biāo)相關(guān)的監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量D，和與質(zhì)量不相關(guān)的監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)量Q：

步驟(16)：若D≤D_lim且Q≤Q_lim，則當(dāng)前工況運(yùn)行正常，返回步驟(12)繼續(xù)實(shí)施對(duì)下一個(gè)采樣時(shí)刻的質(zhì)量指標(biāo)預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)；若D＞D_lim，則過(guò)程對(duì)象運(yùn)行出現(xiàn)了與質(zhì)量相關(guān)的故障；若Q＞Q_lim，則過(guò)程對(duì)象運(yùn)行出現(xiàn)了與質(zhì)量不相關(guān)的故障。