[發明專利]基于機理相關分析貝葉斯網絡的化工過程故障診斷方法

在審

• 申請號: 201910993159.0
• 申請日: 2019-10-18
• 公開（公告）號: CN110766173A
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 田文德;任玉佳;王驥;柳楠
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: G06Q10/00
• 分類號: G06Q10/00;G06N7/00
• 代理公司: 37221 濟南圣達知識產權代理有限公司
• 代理人: 李琳

1.一種基于機理相關分析貝葉斯網絡的化工過程故障診斷方法，其特征在于，步驟如下：

采集化工工藝過程的歷史數據，對化工工藝的變量進行單元劃分，分析化工工藝過程單元變量之間的機理相關關系，得到關系矩陣；

利用歷史數據的置信區間估計，計算貝葉斯網絡的條件概率，并結合關系矩陣建立貝葉斯網絡；

采用主成分分析法對過程進行監控，當檢測到故障時，執行數據狀態轉換，計算變量的貝葉斯貢獻；

在貝葉斯網絡中加入故障節點的證據，找出故障的傳播路徑和根節點，根據故障傳播路徑和根節點獲取故障的真實原因，結合機理相關過程從貝葉斯網絡中找出故障的根本原因。

2.如權利要求1所述的基于機理相關分析貝葉斯網絡的化工過程故障診斷方法，其特征在于，所述變量之間的機理相關關系至少包括質量相關、熱量相關、相平衡相關、設備傳遞相關和其他相關。

3.如權利要求2所述的基于機理相關分析貝葉斯網絡的化工過程故障診斷方法，其特征在于，分析化工工藝過程單元變量之間的機理相關關系，采用Spearman相關系數驗證，得到各個變量的關系子矩陣，整合所有子矩陣構成最終的關系矩陣，得到貝葉斯網絡結構。

4.如權利要求3所述的基于機理相關分析貝葉斯網絡的化工過程故障診斷方法，其特征在于，基于機理相關分析構建貝葉斯網絡結構，具體為：

根據質量相關、熱量相關、相平衡相關、設備傳遞相關和其他相關關系，考慮工藝過程的傳遞原理，僅在設備單元內對變量進行分析；

依據機理相關分析得到變量之間的因果作用關系，構建出貝葉斯網絡的結構，并制定相應的規則盡量簡化網絡結構；

進一步的，所述規則具體為：

規則一：除非操作單元中存在循環物流，否則只考慮兩個相鄰設備之間的變量關系。

規則二：除非變量之間存在結構循環關系，屬于上層操作單元的變量不是下游操作變量的子變量。

5.如權利要求1所述的基于機理相關分析貝葉斯網絡的化工過程故障診斷方法，其特征在于，在貝葉斯網絡中加入故障節點的證據，找出故障的傳播路徑和根節點，對于斷鏈傳播路徑，將添加一個虛擬節點來表示未觀察到的變量。

6.如權利要求1所述的基于機理相關分析貝葉斯網絡的化工過程故障診斷方法，其特征在于，計算網絡結構之間的貝葉斯網絡的條件概率是通過歷史數據的狀態轉化進行定量分析計算，假設變量x_i的1-α貝葉斯置信區間為[a，b]，將變量x_i的第j個樣本點x^j_i的狀態表示為S^j_i，則對其進行狀態轉換的模型如下：

7.如權利要求6所述的基于機理相關分析貝葉斯網絡的化工過程故障診斷方法，其特征在于，具有n個父節點A_i的子節點B的先驗概率的計算模型則可以表達為：

其中用上標S來代表節點的不同狀態，B^S為對應的子節點狀態，A_i^S為對應的父節點狀態；

條件概率的計算模型可以表達為：

當故障狀態被檢測到后，依據貝葉斯推理規則，路徑的傳播推理模型可以表達為：

每個變量對于故障的貢獻程度可以表達為：

其中BC為變量x_i的貝葉斯貢獻程度，T為總故障樣本長度，pa(x_i)代表變量x_i的父節點。