[發(fā)明專利]基于偏F值SELM的多變量工業(yè)過(guò)程故障分類方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811401207.4
• 申請(qǐng)日: 2018-11-22
• 公開（公告）號(hào): CN109164794B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧曉剛;高凱;曹玉蘋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)(華東)
• 主分類號(hào): G05B23/02
• 分類號(hào): G05B23/02
• 代理公司: 37256 青島清泰聯(lián)信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 徐艷艷<國(guó)際申請(qǐng)>=<國(guó)際公布>=<進(jìn)入

1.一種基于偏F值SELM的多變量工業(yè)過(guò)程故障分類方法，含有以下步驟：

(一)采集工業(yè)過(guò)程正常操作工況數(shù)據(jù)集X_o和C類故障工況數(shù)據(jù)集{X₁,X₂,…X_C}作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，并使用正常操作工況數(shù)據(jù)集的均值MX_o和標(biāo)準(zhǔn)差SX_o對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化后的正常操作工況數(shù)據(jù)集和C類故障工況數(shù)據(jù)集

(二)針對(duì)每個(gè)故障工況數(shù)據(jù)集，計(jì)算過(guò)程變量的偏F值F(i,j),其中F(i,j)表示第i,1≤i≤C類故障工況數(shù)據(jù)集中第j個(gè)變量的偏F值；

(三)對(duì)所有故障工況數(shù)據(jù)集得到的偏F值求和，得到第j個(gè)變量在所有故障工況情形下的總體偏F值Fs(j)，并根據(jù)各個(gè)變量偏F值在所有變量中的占比per(j)計(jì)算每個(gè)變量在故障分類過(guò)程中的重要性權(quán)值w(j)；

(四)利用重要性權(quán)值w(j)對(duì)故障工況數(shù)據(jù)集進(jìn)行加權(quán)處理；

(五)利用堆棧極限學(xué)習(xí)機(jī)建模方法構(gòu)建FSELM分類模型，F(xiàn)SELM分類模型表示為：y＝f(x,W⁽¹⁾,…,W^(P),V⁽¹⁾,…,V^(P),B⁽¹⁾,…,B^(P))，其中，x表示輸入向量，即待分類的過(guò)程樣本，y表示輸出向量，為樣本的類別編碼，f(·)表示一個(gè)多層ELM堆棧網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，W^(k),k＝1,2,...,P，表示輸入層權(quán)重參數(shù)，V^(k),k＝1,2,...,P，表示線性變換陣，B^(k),k＝1,2,...,P，表示輸出權(quán)重參數(shù),P表示堆棧層數(shù)；

(六)采集測(cè)試數(shù)據(jù)集X_t，并利用正常操作工況數(shù)據(jù)集的均值和方差進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化后的測(cè)試數(shù)據(jù)集

(七)利用重要性權(quán)值w(j)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)集進(jìn)行加權(quán)處理；

(八)將加權(quán)后的測(cè)試數(shù)據(jù)集輸入FSELM分類模型，根據(jù)FSELM分類模型輸出確定故障類型。

2.如權(quán)利要求1所述的基于偏F值SELM的多變量工業(yè)過(guò)程故障分類方法，其特征在于，步驟(一)中，利用正常操作工況數(shù)據(jù)集的均值MX_o和標(biāo)準(zhǔn)差SX_o通過(guò)公式(1)對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，公式(1)的表達(dá)式為：

訓(xùn)練數(shù)據(jù)集由上述公式(1)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，即得到標(biāo)準(zhǔn)化后的正常操作工況數(shù)據(jù)集和C類故障工況數(shù)據(jù)集

3.如權(quán)利要求2所述的基于偏F值SELM的多變量工業(yè)過(guò)程故障分類方法，其特征在于，步驟(二)中，針對(duì)故障工況數(shù)據(jù)集通過(guò)計(jì)算公式(2)計(jì)算第j變量的偏F值F(i,j)，計(jì)算公式(2)表示為：

式中，v＝n₀+n_i-2，n₀為正常操作工況數(shù)據(jù)集中的樣本數(shù)目，n_i為故障工況數(shù)據(jù)集中的樣本數(shù)目，m為單個(gè)數(shù)據(jù)集的過(guò)程變量個(gè)數(shù)，T_i²為考慮所有過(guò)程變量時(shí)的T²統(tǒng)計(jì)量，表示為：

式中，b₀為正常類數(shù)據(jù)的均值向量；b_i是第i類故障數(shù)據(jù)的均值向量；S_i為組合矩陣的協(xié)方差矩陣；為剔除變量j之后的T_i²值，即：

式中，為b₀去掉第j個(gè)變量后的向量，為b_i去掉第j個(gè)變量后的向量；為S_i去掉第j行和第j列后的矩陣。