[發(fā)明專利]一種基于多塊獨立成分分析算法的分布式過程監(jiān)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910229752.8
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN111694328B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設計）人: 唐俊苗;童楚東;朱瑩
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于多塊獨立成分分析算法的分布式過程監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟(1)：采集生產(chǎn)過程正常運行狀態(tài)下的n個樣本數(shù)據(jù)，組成訓練數(shù)據(jù)矩陣X∈R^n×m，并計算訓練數(shù)據(jù)矩陣X中各列向量的均值μ₁，μ₂，…，μ_m以及標準差δ₁，δ₂，…，δ_m，從而組成均值向量μ＝[μ₁，μ₂，…，μ_m]^T與對角矩陣Φ＝diag(δ₁，δ₂，…，δ_m)，其中，m為測量變量數(shù)，R為實數(shù)集，R^n×m表示n×m維的實數(shù)矩陣，上標號T表示矩陣或向量的轉(zhuǎn)置，diag()表示將δ₁，δ₂，…，δ_m轉(zhuǎn)變成對角矩陣的操作；

步驟(2)：根據(jù)公式對訓練數(shù)據(jù)矩陣X實施標準化處理得到矩陣其中，U∈R^n×m是由n個相同的均值向量μ組成的矩陣，即U＝[μ，μ，…，μ]^T；

步驟(3)：根據(jù)生產(chǎn)過程對象的組成單元，確定各個生產(chǎn)單元所涉及到的測量變量，以此將m個測量變量分成B個變量子塊，據(jù)此可將矩陣分成B個子塊矩陣

步驟(4)：確定如下所示的優(yōu)化目標，并利用粒子群優(yōu)化算法求解得到變換向量w∈R^m×1：

上式中，E{}表示求取向量的均值；

步驟(5)：按照步驟(3)中變量子塊的分塊結(jié)果，對應地將變換向量w分成B個子塊對應的變換向量w₁，w₂，…，w_B；

步驟(6)：根據(jù)如下所示步驟(6.1)至步驟(6.5)依次求解各變量子塊對應的得分向量s₁，s₂，…，s_B，載荷向量p₁，p₂，…，p_B，以及更新子塊矩陣

步驟(6.1)：初始化b＝1；

步驟(6.2)：根據(jù)公式計算第b個變量子塊對應的得分向量s_b；

步驟(6.3)：根據(jù)公式計算第b個變量子塊對應的載荷向量p_b；

步驟(6.4)：根據(jù)公式更新第b個子塊矩陣

步驟(6.5)：判斷是否滿足條件：b＜B；若是，則置b＝b+1后，返回步驟(6.2)；若否，則得到各變量子塊對應的得分向量s₁，s₂，…，s_B以及載荷向量p₁，p₂，…，p_B；

步驟(7)：判斷更新后的子塊矩陣是否存在滿足條件：的變量子塊；若否，則根據(jù)更新矩陣后重復步驟(4)至步驟(7)直至得到各變量子塊的d個得分向量與d個載荷向量，其中表示計算中元素絕對值的最大值，d＜m；

步驟(8)：根據(jù)如下所示步驟(8.1)至步驟(8.5)計算各變量子塊對應的控制上限與其中b＝1，2，…，B；

步驟(8.1)：初始化b＝1；

步驟(8.2)：將第b個變量子塊對應的d個變換向量合并成一個變換矩陣W_b，將第b個變量子塊對應的d個得分向量合并成一個得分矩陣S_b，并將第b個變量子塊對應的d個載荷向量合并成一個載荷矩陣P_b；

步驟(8.3)：根據(jù)公式與分別計算監(jiān)測指標向量D與Q，其中矩陣Λ_b＝S_b^TS_b/(n-1)，diag{}表示將矩陣對角線上的元素變成向量的操作；

步驟(8.4)：分別對D與Q中的元素按數(shù)值大小進行降序排列，并將第n/100個最大值分別記錄為第b個變量子塊的控制上限與

步驟(8.5)：判斷是否滿足條件：b＜B；若是，則置b＝b+1后，返回步驟(8.2)；若否，則得到各個變量子塊對應的控制上限；

步驟(9)：收集新采樣時刻的樣本數(shù)據(jù)x∈R^m×1，并根據(jù)公式對x實施標準化處理得到向量

步驟(10)：根據(jù)步驟(3)中變量子塊的分塊結(jié)果，對應地將向量分成B個子向量

步驟(11)：根據(jù)如下所示步驟(11.1)至步驟(11.4)計算各子向量對應的監(jiān)測指標與SPE_b；

步驟(11.1)：初始化b＝1；

步驟(11.2)：根據(jù)公式與分別計算第b個子向量對應的得分向量u_b與誤差向量ε_b；

步驟(11.3)：根據(jù)公式與SPE_b＝ε_bε_b^T計算得到第b個子向量對應的監(jiān)測指標與SPE_b；

步驟(11.4)：判斷是否滿足條件：b＜B；若是，則置b＝b+1后，返回步驟(11.2)；若否，則得到各子向量對應的監(jiān)測指標與SPE₁，SPE₂，…，SPE_B；

步驟(12)：針對下標號b的所有取值，判斷是否滿足條件：且SPE_b≤Q_b，lim；若是，則當前采樣時刻生產(chǎn)過程對象是正常運行的，返回步驟(9)繼續(xù)監(jiān)測下一采樣時刻的樣本數(shù)據(jù)；若否，則當前采樣時刻生產(chǎn)過程對象進入異常運行狀態(tài)。