一种新的非线性迭推多模型核MFDA的间歇过程监控方法（英文）

针对间歇过程特点和基于多向主元分析(Multiway Principal Component Analysis,MPCA)的间歇过程监控方法的缺陷,利用核映射在处理非线性过程和Fisher判别分析(Fisher Discriminant Analysis,FDA)在故障诊断能力上的优势,提出了基于递推多模型的核多向Fisher判别式分析(Recursive Multi-model Kernel Multi-way FDA,RMKMFDA)的间歇过程监测与故障诊断方法。该方法采用多模型核多向Fisher判别分析(Multi-model Kernel Multi-way FDA,MKMFDA)非线性结构代替MPCA单模型线性化结构,并提出确定时滞变量的算法;一旦通过MKMFDA监测出某一新批次过程正常,则模型参考数据库就随之更新;在线监控时通过比较核Fisher特征向量之间的欧氏距离来实现,而最优核Fisher判别向量用来鉴别故障类型。该方法在实时监控新的批过程时,只需利用已收集到的数据信息,且在线递推地更新模型参考数据库,提高了间歇过程监控的准确性,克服了MPCA不能处理非线性过程和实时性问题。通过采用RMKMFDA与移动窗多向主元分析(Moving Window MPCA,MWMPCA)方法对青霉素分批补料发酵过程的实时监控,结果表明RMKMFDA比MWMPCA能更及时地监测出过程异常情况,更准确地判断异常发生的原因。     

基于RMKMFDA的间歇过程监测与故障诊断

针对间歇过程特点和基于多向主元分析(Multiway Principal Component Analysis,MPCA)的间歇过程监控方法的缺陷,利用核映射在处理非线性过程和Fisher判别分析(Fisher Discriminant Analysis,FDA)在故障诊断能力上的优势,提出了基于递推多模型的核多向Fisher判别式分析(Recursive Multi-model Kernel Multi-way FDA,RMKMFDA)的间歇过程监测与故障诊断方法。该方法采用多模型核多向Fisher判别分析(Multi-model Kernel Multi-way FDA,MKMFDA)非线性结构代替MPCA单模型线性化结构,并提出确定时滞变量的算法;一旦通过MKMFDA监测出某一新批次过程正常,则模型参考数据库就随之更新:在线监控时通过比较核Fisher特征向量之间的欧氏距离来实现,而最优核Fisher判别向量用来鉴别故障类型。该方法在实时监控新的批过程时,只需利用已收集到的数据信息,且在线递推地更新模型参考数据库,提高了间歇过程监控的准确性,克服了MPCA不能处理非线性过程和实时性问题。通过采用RMKMFDA与移动窗多向主元分析(Moving Window MPCA,MWMPCA)方法对青霉素分批补料发酵过程的实时监控,结果表明RMKMFDA比MWMPCA能更及时地监测出过程异常情况,更准确地判断异常发生的原因。     

一种新的非线性FDA间歇过程监控方法

针对间歇过程非线性的特点,将核方法引入到Fisher判别分析(Fisher Discriminant Analysis,FDA)中,提出了基于多模型核多向Fisher判别分析(Multi-model Kernel Multi-way FDA,MKMFDA)的间歇过程非线性监测与故障诊断方法。该方法仅利用已获得的数据测量值对过程进行监控,避免了传统多向主元分析(Multi-way Principal Component Analysis,MPCA)方法对未来测量值的估计;且在线监控时通过比较核Fisher特征向量之间的欧氏距离来实现,而最优核Fisher判别向量用来鉴别故障类型。青霉素发酵过程应用表明,MKMFDA方法比传统的MPCA方法能更及时地监测出过程异常情况,更准确地判断异常发生的原因。     

局部Fisher判别分析算法及仿真研究*

复杂化工过程常被多种类型的故障损坏,正常的训练数据无法建立准确的操作模型。为了提高复杂化工过程中故障的检测和分类能力,传统无监督Fisher判别分析(Fisher Discriminant Analysis,FDA)算法无法在多模态故障数据中的应用,本文提出基于局部Fisher判别分析(Local Fisher Discriminant Analysis,LFDA)的故障诊断方法。首先计算训练数据的局部类内和类间离散度矩阵,寻找LFDA的投影方向;其次把训练数据和测试数据向投影向量上投影,提取特征向量;最后计算特征向量间的欧氏距离,运用KNN分类器进行分类。把提出的LFDA方法应用到Tennessee Eastman(TE)过程,监控结果表明,LFDA的效果好于FDA和核Fisher判别分析(Kernel Fisher Discriminant Analysis,KFDA),说明LFDA方法在分类及检测不同类的故障方面具有高准确性及高灵敏度的优势。     

基于高效核偏最小二乘的质量相关故障检测

核偏最小二乘(KPLS)是一种多元统计方法, 广泛应用于过程监控, 然而, KPLS采用斜交分解, 导致质量相关空间存在冗余信息易引发误报警. 因此, 本文提出了高效核偏最小二乘(EKPLS)模型, 所提方法通过奇异值分解(SVD)将核矩阵正交分解为质量相关空间和质量无关空间, 有效降低质量相关空间中的冗余信息, 并采用主成分分析(PCA)按方差大小将质量相关空间分解为质量主空间和质量次空间. 此外, 为进一步降低由质量无关故障引发的误报警, 提出基于质量估计的正交信号修正(OSC)预处理方法, 并结合EKPLS模型提出了OSC-EKPLS算法. OSCEKPLS通过质量估计值对被测数据进行OSC预处理, 降低了计算复杂度和误报率. 最后, 通过数值仿真和田纳西–伊斯曼过程验证了OSC-EKPLS具有良好的故障检测性和更低的误报率.     

基于FDA-KDE间歇过程在线监控

针对基于传统的多向主元分析(Multiway Principal Component Analysis,MPCA)方法用于间歇过程在线监控时需要对新批次未反应完的数据进行预估,从而易导致误诊断,且统计量控制限的确定是以主元得分呈正态分布为假设前提的缺陷,结合Fisher判别分析(Fisher Discriminant Analysis,FDA)在数据分类及非参数统计方法核密度估计(Kernel Density Estimation,KDE)在计算概率密度函数方面的优势,提出了一种FDA-KDE的间歇过程监控方法。该方法首先利用FDA求取正常工况数据和故障数据的Fisher特征向量和判别向量,获得Fisher特征向量的相似度:然后在提出偏平均集成平方误差(Biased Mean Integrated Squared Error,BMISE)交叉验证法确定KDE的带宽从而获得相似度统计量控制限的基础上,利用已获得的数据测量值对过程进行监控,避免了基于MPCA方法对未来测量值的预估;最后采用基于Fisher判别向量权重的贡献图方法来进行故障诊断。通过对青霉素发酵间歇过程应用表明,所提出的方法比传统的MPCA方法能更及时地监测出过程异常情况,更准确地判断异常发生的原因。     

基于Fisher 判别分析的过程运行状态在线评价

为了实时掌握生产过程运行状态, 提出一种基于Fisher 判别分析(FDA) 的过程运行状态在线评价方法. 提出 离线数据分类与识别算法, 以识别不同稳定运行状态的建模数据及其对应的状态等级; 利用FDA提取各个稳定运行 状态的特征属性, 建立评价模型; 在线评价时, 通过“时间窗口”数据特征与各个状态等级的相似度, 实时评价过程运行状态. 将所提出的方法应用于某湿法冶金过程的仿真结果验证了该方法的有效性.

     

基于KICA-KFDA的集成故障识别算法

针对复杂的化工过程,提高过程监控能力,提出基于核独立成分分析（kernel independent component analysis,KICA）和核Fisher判别分析（kernel fisher discriminant analysis,KFDA）的过程监测与故障识别方法。通过利用核独立成分分析建立正常工况模型,得到检测故障信息。在发生故障的情况下,利用Fisher判别分析方法在高维的特征空间的特点和优势,可求出满足最大分离程度的核Fisher判别向量和特征向量,根据当前故障的判别向量和历史故障数据集中所含故障的最优核Fisher判别向量的相似度进行故障识别。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于核正则化Fisher判据的故障诊断

Fisher判据分析(FDA)是工业过程故障诊断的常用降维算法,但其无法提取数据中的非线性关系。基于核的FDA(KFDA)是对FDA的非线性推广,但在FDA和KFDA小样本情况下都会面临矩阵的病态问题,正则化技术是解决该问题的有效途径。推导一种转化为方程组求解并表示成对偶形式的核正则化FDA算法,给出其用于故障诊断的流程,并针对TE过程的故障数据进行仿真。     

基于改进粒子群算法的核函数参数优化

针对核主元分析(Kernel Principal Component Analysis, KPCA)的性能极大地受到本身核函数参数影响问题,提出一种新型的聚类KPCA-FDA-IPSO核参数优化方法。该方法结合KPCA特征分析的相关方法,综合考虑样本的类内离散度和类间距离,并通过Fisher判别分析(Fisher Discriminant Analysis, FDA)建立的数学模型,再将传统粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization, PSO)改进为具有继承机制的粒子群优化算法(Inheritance PSO,IPSO),并对核函数寻优。通过数据集仿真和应用研究,验证了该方法能有效地优化核函数参数并提高了KPCA的故障诊断性能。     

基于纹理粗细度测量的铝土矿浮选过程最佳精选泡沫状态分析

为实现铝土矿浮选生产工况的自动监测和智能评价,提出一种基于机器视觉的精选泡沫最佳生产状态量化分析与选择方法。首先,通过改进LBP算子实现精选泡沫图像表面纹理粗细度特征的提取;然后,进一步分析了精矿品位与精选泡沫纹理特征间的关系,以获得最佳生产工况下的精选泡沫表面纹理粗细度特征区间。该方法可以实时监测精选泡沫表面纹理的变化,并自动鉴别精选泡沫是否处于最佳生产状态,为实现铝土矿浮选过程优化控制奠定了基础。     

基于HsMM的系统在线故障预报

针对故障预报中系统剩余寿命难以精确估计的问题,提出基于隐半马尔可夫模型(HsMM)的系统在线故障预报方法.首先重新设计HsMM模型结构,利用模糊c均值聚类(FCM)方法化连续取值的系统输入输出变量为有限集合内取值,简化了建模计算过程.在实现对故障检测的同时,利用模型的状态驻留参数估计系统的剩余寿命,从而实现系统的故障预报.利用连续搅拌反应釜(CSTR)模型进行仿真验证,在输入输出数据含有噪声的情况下,较准确地估计,系统的剩余寿命,从向表明了方法的有效性.     

基于粗糙集和图论的电力系统故障诊断方法

将粗糙集与图论相结合处理电力系统故障诊断,提出了故障决策表图的新概念,得到一种基于粗糙集和图论的电力系统故障诊断方法,并进一步提出了故障信息覆盖度和故障诊断规则分级的概念.利用故障决策表图及其邻接矩阵,得到了快速识别决策表核属性和属性约简的方法,并将规则分级应用于故障规则提取.利用所提出的方法对具体实例进行处理,仿真结果表明,该方法能有效地减少时间和空间复杂度,可根据设定的阈值提取诊断规则.     

基于迭代学习的离散线性时变系统故障诊断

针对一类离散线性时变系统的故障诊断问题,提出一种新的故障检测与估计算法.该算法通过引入虚拟故障构建离散故障跟踪估计器,在选取的优化时域内,利用估计器输出和系统实际输出产生的残差信号,采用迭代学习算法来调节虚拟故障,使虚拟故障逼近系统中实际发生的故障,从而达到对系统故障诊断的目的.该方法不仅能检测出系统不同类型的故障,还可以实现对故障信号的精确估计.仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

基于矢量基学习的浸出过程在线建模

传统的支持向量回归算法因基于批量训练方法而无法适应浸出过程在线建模实时性的要求.在分析研究一种基于矢量基学习的支持向量回归算法的基础上,提出了基于矢量基学习的浸出过程在线建模方法.利用贝叶斯证据框架优化模型参数,分析新样本矢量与矢量空间的夹角,从而推导出该样本是否为基矢量.将该方法应用于浸出过程浸出率的预测,实验结果表明,该方法不但能很好地跟踪浸出率的变化趋势,而且显著地缩短了运算时间.     

基于带特征染色体遗传算法的支持向量机特征选择和参数优化

鉴于支持向量机特征选择和参数优化对其分类准确率有重大的影响,将支持向量机渐近性能融入遗传算法并生成特征染色体,从而将遗传算法的搜索导向超参数空间中的最佳化误差直线.在此基础上,提出一种新的基十带特征染色体遗传算法的方法,同时进行支持向量机特征选择和参数优化.在与网格搜索、不带特征染色体遗传算法和其他方法的比较中,所提出的方法具有较高的准确率、更小的特征子集和更少的处理时间.     

时序峰值预测的最小二乘支持向量回归模型

针对最小二乘支持向量回归模型中,呈稀疏分布的时序峰值样本拟合预测误差偏大的问题,基于加权最小二乘思想,提出一种新的用于时序峰值预测的最小二乘支持向量回归模型.根据样本分布密度和输出期望幅值,优化了经验风险控制目标.解得模型的拟合预测误差不受样本分布的影响,而且在保持整体样本拟合预测精度的同时,对峰值样本的拟合预测精度有了显著提高.Lorenz时序预测和电力负荷预测的仿真结果表明了模型的有效性.     

存在时延和数据包丢失的网络控制系统故障检测

考虑一类长时延网络控制系统,在假定其存在控制时延和数据包丢失的基础上对其进行故障检测．首先对系统进行建模,将故障观测器构建成随机时延切换系统模型;然后通过李雅普诺夫稳定性理论,将观测器系统的均方渐近稳定条件归结为一线性矩阵不等式,当系统正常时,若给定的矩阵不等式成立,则该观测器是渐近稳定的,当系统发生故障时,观测器残差...     

基于Volterra 级数并行递推AP 算法的陀螺漂移预测

为了预测某导弹陀螺漂移趋势,以该陀螺漂移角速度时间序列为对象,建立基于Volterra级数的非线性时间预测模型,提出了一种基于Volterra级数的并行递推放射投影AP自适应算法.以系统Volterra核向量增量的模与某约束总和为损失函数,按照最陡下降原理导出各阶Volterra核更新公式;再利用矩阵求逆引理递推求取各阶Volterra子系统自相关逆矩阵导出算法.某导弹实测的陀螺漂移数据预测应用研究表明,该算法运算速度快、预测精度高.