[發(fā)明專利]基于高斯混合模型的滑窗PCA高爐異常監(jiān)測方法

有效

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• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111652414B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設計）人: 朱雄卓;楊春節(jié);張瀚文
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: G07C3/00
• 分類號: G07C3/00;G06F18/2135;G06F18/214;C21B7/24;G08B21/18;G08B31/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

本發(fā)明公開了一種基于高斯混合模型的滑窗PCA高爐異常監(jiān)測方法，屬于工業(yè)過程監(jiān)測領域。本發(fā)明利用高斯混合模型改進傳統(tǒng)PCA監(jiān)測模型的Tsupgt;2/supgt;統(tǒng)計量，稱為GMM?Tsupgt;2/supgt;統(tǒng)計量，從而適應高爐數(shù)據(jù)的非高斯特性；并在此基礎上加入滑窗機制，使模型具有實時更新的能力，進而適應高爐爐況的時變特性，并將該模型與現(xiàn)有的模型進行了對比分析，證明了模型對高爐異常監(jiān)測能力上的提高。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于工業(yè)過程監(jiān)測領域，具體涉及一種基于高斯混合模型的滑窗(MovingWindow)PCA高爐異常監(jiān)測模型。

技術(shù)背景

鋼鐵工業(yè)是我國現(xiàn)代工業(yè)和國民經(jīng)濟重要支柱產(chǎn)業(yè)，也是國民經(jīng)濟密不可分的重要組成部分。而高爐煉鐵是整個鋼鐵工業(yè)的核心環(huán)節(jié)，也是鋼鐵制造過程中能質(zhì)流轉(zhuǎn)換的關鍵工序，它的能耗占鋼鐵生產(chǎn)總能耗的比例高達70％。實現(xiàn)高爐煉鐵過程安全運行，是鋼鐵工業(yè)深度節(jié)能減排和提質(zhì)增效的重中之重，而一個準確的異常監(jiān)測模型可以及時地為操作者提供預警，提前對爐況進行調(diào)整，避免危險情況的發(fā)生。

在高爐煉鐵過程中，由于原料品質(zhì)波動、人員的誤操作、設備異常等原因，高爐爐況異常時有發(fā)生。高爐爐況一旦發(fā)生異常，往往會引起燃料比增加、休風檢修時間增長、鐵水質(zhì)量不達標等問題，不僅會造成資源和設備的重大損失，降低高爐爐齡，而且甚至有可能引發(fā)事故造成人員傷亡。例如2011年10月5日南京鋼鐵集團有限公司高爐發(fā)生鐵水外溢，造成12人死亡；2017年11月10日山東日照鋼鐵公司15號高爐風口燒穿引發(fā)燃燒爆炸等嚴重事故。由此可見，提高高爐煉鐵過程的安全性，尤其是減少高爐事故和異常爐況出現(xiàn)的頻率，對減少能源消耗、保證設備和人員的安全以及提高鋼鐵生產(chǎn)流程的經(jīng)濟效益有著十分重要的意義。然而，大型高爐數(shù)據(jù)有著數(shù)據(jù)非高斯分布和時變等特點，這使得高爐系統(tǒng)異常監(jiān)測與診斷成為極具挑戰(zhàn)性的課題，成為當今世界冶金科技研究的前沿熱點、難點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對高爐異常監(jiān)測目前存在的問題，提出一種基于高斯混合模型的滑窗PCA高爐異常監(jiān)測方法，利用高斯混合模型改進PCA監(jiān)測模型的T²統(tǒng)計量，稱為GMM-T²統(tǒng)計量，使其可以適應高爐數(shù)據(jù)的非高斯特性；并在此基礎上加入滑窗機制，使模型具有實時更新的能力，進而適應高爐爐況的時變特性，最終模型可以實現(xiàn)對高爐異常爐況快速、準確的預警。

一種基于高斯混合模型的Moving?Window?PCA高爐異常監(jiān)測方法，利用高斯混合模型改進傳統(tǒng)PCA監(jiān)測模型的T²統(tǒng)計量，稱為GMM-T²統(tǒng)計量，從而適應高爐數(shù)據(jù)的非高斯特性；

并在此基礎上加入滑窗機制，使模型具有實時更新的能力，進而適應高爐爐況的時變特性；

所述利用高斯混合模型改進PCA監(jiān)測模型的T²統(tǒng)計量為：

在對高爐數(shù)據(jù)樣本使用PCA模型之后，得到主成分T和主元個數(shù)A，選取高斯混合模型個數(shù)k，對主成分T使用高斯混合模型進行求解，得到每個高斯成分的均值μ_i和協(xié)方差Σ_i，并求出每個樣本的GMM-T²統(tǒng)計量以及每個高斯成分的GMM-T²統(tǒng)計量上限GMM-T²_UCL：