[發(fā)明專利]一種基于時序擴(kuò)展和鄰域保持極限學(xué)習(xí)機(jī)的間歇過程故障檢測方法

有效

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• 申請日: 2018-11-04
• 公開（公告）號: CN109144039B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 惠永永;趙小強(qiáng);王可宏
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州理工大學(xué)
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務(wù)所(普通合伙) 62201
• 代理人: 趙立權(quán)

本發(fā)明提供了一種基于時序擴(kuò)展和鄰域保持極限學(xué)習(xí)機(jī)的間歇過程故障檢測方法，主要包括如下步驟：(1)收集多個批次正常情況下的間歇過程數(shù)據(jù)；(2)將收集到的三維數(shù)據(jù)展開為二維數(shù)據(jù)并標(biāo)準(zhǔn)化；(3)建立時序擴(kuò)展和鄰域保持極限學(xué)習(xí)機(jī)模型；(4)建立正常數(shù)據(jù)下平方預(yù)測誤差SPE和霍特林T²的統(tǒng)計量，求取控制限；(5)收集在線的間歇過程數(shù)據(jù)；(6)將在線數(shù)據(jù)通過建立的時序擴(kuò)展和鄰域保持極限學(xué)習(xí)機(jī)模型進(jìn)行投影；(7)求取在線數(shù)據(jù)的SPE和T²統(tǒng)計量，判斷有無故障發(fā)生。本發(fā)明在投影過程中同時保持了數(shù)據(jù)的空間局部近鄰結(jié)構(gòu)和動態(tài)時序結(jié)構(gòu)，避免了對過程數(shù)據(jù)滿足高斯分布的假設(shè)，更加滿足實(shí)際工業(yè)過程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)過程監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于時序擴(kuò)展和鄰域保持極限學(xué)習(xí)機(jī)的間歇過程故障檢測方法。

背景技術(shù)

間歇過程被廣泛的運(yùn)用于石油化工、生物制藥、微生物發(fā)酵、半導(dǎo)體生產(chǎn)等多個高附加值行業(yè)中。生產(chǎn)過程的安全和生產(chǎn)質(zhì)量一直是間歇過程的兩個重要目標(biāo)，需要提前獲取可能對生產(chǎn)造成擾動的故障信息，這就使得過程監(jiān)控成為生產(chǎn)操作中必不可少的一部分，因此，通過有效的監(jiān)控方法對間歇過程故障進(jìn)行監(jiān)控與檢測具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種基于時序擴(kuò)展和鄰域保持極限學(xué)習(xí)機(jī)的間歇過程故障檢測方法。該方法通過借鑒非監(jiān)督極限學(xué)習(xí)機(jī)的思想，通過時序擴(kuò)展和鄰域保持極限學(xué)習(xí)機(jī)的方法檢測間歇過程的故障，為消除故障提供依據(jù)。

為此，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于時序擴(kuò)展和鄰域保持極限學(xué)習(xí)機(jī)的間歇過程故障檢測方法，包括如下步驟：

(1)收集多個批次正常情況下的間歇過程數(shù)據(jù)，形成在批次、變量和采樣點(diǎn)三個維度上分布的三維數(shù)據(jù)；

(2)將收集到的三維數(shù)據(jù)展開為二維數(shù)據(jù)并標(biāo)準(zhǔn)化；

(3)初始化極限學(xué)習(xí)機(jī)網(wǎng)絡(luò)，建立時序擴(kuò)展和鄰域保持極限學(xué)習(xí)機(jī)模型，求取輸出權(quán)重矩陣；

(4)建立正常數(shù)據(jù)下平方預(yù)測誤差SPE和霍特林T²的統(tǒng)計量，求取控制限；

(5)收集在線的間歇過程數(shù)據(jù)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；

(6)將標(biāo)準(zhǔn)化后的在線數(shù)據(jù)通過建立的時序擴(kuò)展和鄰域保持極限學(xué)習(xí)機(jī)模型進(jìn)行投影；

(7)求取在線數(shù)據(jù)的SPE和T²統(tǒng)計量，判斷有無故障發(fā)生。

進(jìn)一步地，步驟(1)的具體過程如下：

利用集散控制系統(tǒng)收集間歇過程正常運(yùn)行情況下多個批次的各關(guān)鍵變量數(shù)據(jù)信息，形成三維數(shù)據(jù)X(I×J×K)，其中I表示批次，J表示變量，K表示采樣點(diǎn)。

進(jìn)一步地，步驟(2)的具體過程如下：

由于間歇過程數(shù)據(jù)是三維的，無法用常規(guī)處理二維數(shù)據(jù)的方法進(jìn)行處理，因此，需要將三維數(shù)據(jù)展開為二維數(shù)據(jù)再進(jìn)行統(tǒng)計分析。此處使用混合展開的方法，首先沿著批次方向?qū)⑷S數(shù)據(jù)X(I×J×K)展開為二維數(shù)據(jù)X(I×KJ)，然后將展開的二維數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使得各個過程變量的均值為0，方差為1；然后將標(biāo)準(zhǔn)化后的二維數(shù)據(jù)重新排列成X(KI×J)；這種混合展開的方法不僅考慮了批次之間的差異，而且還考慮了其隨時間的動態(tài)特性。

進(jìn)一步地，步驟(3)的具體過程如下：

通過時序擴(kuò)展和鄰域保持極限學(xué)習(xí)機(jī)求取間歇過程變量的非線性動態(tài)特征，其中，時序擴(kuò)展和鄰域保持極限學(xué)習(xí)機(jī)描述如下：