结合非线性频谱与核主元分析的复杂系统故障诊断方法

传统非线性频谱分析方法对复杂系统进行故障诊断时,求解出的非线性频谱数据量庞大,不便于直接用于故障检测与分类识别.本文提出了一种非线性频谱特征与核主元分析(KPCA)结合的故障诊断方法,首先通过最小二乘算法估计出前3阶Volterra时域核,由多维傅立叶变换求取出广义频率响应函数,然后利用KPCA方法对谱数据进行压缩与提取谱特征,最后利用多分类最小二乘支持向量机进行多故障检测与识别.考虑到频谱数据具有非线性的特点,KPCA中的核函数选用由多项式函数与径向基函数构成的混合核函数,兼顾了局部特性与全局特性.论文基于非线性频谱数据,给出了核主元模型建立与在线故障诊断的具体算法.对非线性模拟电路和数控机床伺服传动系统进行了仿真实验,结果表明本文方法能够大幅度降低频谱数据维数,故障识别率高,是一种实用的故障诊断方法.     

基于故障检测的KPCA中核主元的选取方法

在应用KPCA进行故障检测时,根据累计贡献率选取的核主元是数据建模的最佳选择,但不是故障检测的最佳选择.为了解决这个问题,提出一种基于故障检测的KPCA中核主元的选取方法.使用核主元对样本马氏距离的贡献来评估核主元对故障检测的重要性,即运用即时累计贡献率(JITCPC)准则来选取核主元.选定和未选择的核主元分别用于定义主要和次要T2统计量,运用核密度估计方法计算出99％的控制限.将统计量与控制限比较进行故障检测.应用数值例子和半导体工业实例进行仿真研究,仿真结果说明JITCPC准则在基于KPCA的故障检测中的有效性和优越性.     

基于KPCA-PNN的复杂工业过程集成故障辨识方法

针对核主元分析方法在复杂工业在线监控过程中易出现的核矩阵KKK难以计算和初始故障源难以辨识的问题,提出了一种基于核主元分析和概率神经网络的集成故障辨识方法．首先通过特征样本提取方法预处理工业数据集,然后采用核函数主元分析的Hotelling统计量T2和SPE方法检测故障,采用核函数梯度算法定义了两个新的统计量CT2和CSPE,计算了每个监控变量对统计量T2和SPE的贡献程度,并提取了故障特征．最后,利用概率神经网络技术进一步从关联故障特征中辨识出初始故障源．将上述故障诊断方法应用到TennesseeEastman（TE）化工过程;多种故障模式下的仿真结果显示,该方法能够有效地检测并辨识出多种故障类型．     

一种基于数据重构的KPCA故障识别方法

针对核主元分析(KPCA)方法只能实现故障检测,但无法实现故障变量识别的问题,提出一种基于数据重构的KPCA故障变量识别方法。采用改进的数据重构方法对各参数进行重构,然后利用故障识别指数对监控参数进行故障变量识别。通过对某型涡扇发动机进行实验的结果表明,该方法能够准确识别故障变量,从而有助于维护人员分析故障原因,初步确定可能的故障源,大大缩短故障定位及排故的时间,可预防重大事故的发生。     

基于多尺度核主元分析的非线性过程监控方法研究

针对化工过程数据的多尺度性和非线性特性,提出了一种多尺度核主元分析方法(MSKPCA)监控过程的运行状态。使用小波变换在不同尺度下分解测量信号．然后借助于核函数对分解后的数据进行非线性变换,在变换后的线性空间中用主元分析(PCA)提取过程数据的主要特征,构造监控统计量T2和Q来检测故障。在此基础上,提出了一种贡献图方法．计算过程变量对故障的贡献量,用于故障变量的分离。在TE过程上的监控结果表明,MSKPCA可以比PCA和动态PCA更迅速地检测到过程故障,贡献图方法能够正确地分离故障变量。     

基于复合核函数KPCA的红外人脸识别

研究人脸优化识别问题,提出一种复合核函数KPCA的红外人脸特征提取法.利用最优或者接近最优的复合核函数主元分析KPCA方法对训练样本核映射到高维空间进行特征提取预处理,并结合最近邻法分类器分类进行红外人脸识别.该方法不仅有效的提取了训练样本的非线性信息,而且有效的改进了识别效果.多次实验结果表明了,基于复合核函数KPCA的红外人脸识别率优于传统的核主元分析法(KPCA)和主元分析法(PCA).结果表明,改进方法可减少识别时间,并保证了识别率一直稳定在比较高的水平.     

基于KPCA的监控系统传感器异常诊断方法

针对监控系统数据异常时,故障检测准确性不高的问题,提出一种基于监控系统传感器异常的核主元分析(KPCA)检测方法.利用平方预报误差(SPE)统计量和均方贡献值法进行故障检测和故障源的定位,改善了主元分析(PCA)应用于非线性系统故障检测准确性低的问题.分别利用基于KPCA和PCA的故障检测模型进行仿真比较.实验结果表明:KPCA提高了非线性监控系统传感器异常诊断的准确性.     

基于KPCA的HVAC系统传感器故障诊断

传感器状态的好坏很大程度上影响暖通空调(HVAC)系统的运行,对其展开故障诊断十分必要。核主成分分析(KPCA)方法通过集成算子与非线性核函数计算高维特性空间的主元成分,有效捕捉过程变量中的非线性关系,将其用于传感器常见4种故障的诊断,先用Q统计量进行故障监测,再用T2贡献量百分比变化来识别故障。实验结果表明:KPCA方法具有很好的故障监测与诊断能力。     

基于递推规范变量残差和核主元分析的微小故障检测

微小故障由于故障征兆不明显从而很难在故障发生早期对其进行检测. 针对该问题, 本文提出了一种基于递推规范变量残差和核主元分析(RCVD–KPCA)的微小故障检测方法. 首先构造规范变量残差, 从中提取数据的线性特征. 利用指数加权滑动平均法对规范变量残差进行递推滤波处理, 提高规范变量残差对微小故障的敏感程度;然后使用KPCA提取规范变量残差中的非线性主成分作为非线性特征, 根据提取的特征提出了两个新的故障检测统计量; 此外, 利用核密度估计确定故障检测统计量的控制限. 由于同时提取了过程数据的线性和非线性特征, 有效地提高了非线性动态过程中微小故障的可检测性. 以闭环连续搅拌釜式反应器过程为例进行了仿真分析, 仿真结果表明本文所提方法具有较好的故障检测性能.     

基于非线性故障重构的旋转机械故障预测方法

对旋转机械的状态进行在线监测和故障预测是一个具有重要应用价值的工程问题. 采用基于核主元分析的非线性故障重构技术研究了多变量相关条件下旋转机械的故障估计及预测问题. 首先利用核主元分析对旋转机械系统进行离线非线性建模,并进行异常检测. 通过对故障程度进行定量描述,用最优化方法求解故障重构意义下的故障估计;然后 用多层递阶的方法对估计出的故障幅值的发展趋势进行预测. 最后,以中国石化北京燕山分公司的烟气轮机作为实际应用对象,验证了该方法的有效性.     

基于核主元分析与核密度估计的非线性过程故障监测与识别

在针对将核主元分析(kernel principal components analysis, KPCA)与基于高斯分布的控制限(control limits,CLS)相结合会降低其性能的问题,提出了一种基于核主元分析与核密度估计(kernel principal components analysiskernel density estimation, KPCA-KDE)相结合的非线性过程故障监测与识别方法.该方法采用核密度估计(kernel density estimation, KDE)技术来估计基于KPCA的非线性过程监控的CLS.通过研究KPCA和KPCA-KDE所有20个故障的检出率发现,与相应的基于高斯分布的方法进行比较, KDE具有较高的故障检出率;此外,基于KDE的检测延迟等于或低于其他方法.通过改变带宽和保留的主元数量进行故障检测, KPCA记录的FAR值较高,相反, KPCA-KDE方法仍然没有记录任何假报警.在田纳西伊斯曼过程(Tennessee Eastman, TE)上的应用表明,KPCA-KDE比基于高斯假设的CLS的KPCA在灵敏度和检测时间上都具有更好...     

改进特征样本方法的KPCA变压器故障检测模型

针对核主元分析（KPCA）监控模型由于建模样本不纯而导致故障检测失效问题,提出基于改进特征样本方法的KPCA故障检测模型并应用于变压器故障检测中。利用特征值变化信息,设计出异常样本剔除算法以避免异常样本被选入特征样本集;采用特征样本方法提取建模样本集,建立KPCA监控模型,采用复合统计量对变压器运行状态进行检测,实验结果验证了改进特征样本算法的有效性,表明提出的方法具有较高的故障敏感性和检测效率。     

基于KPCA和CPSO的故障检测方法

提出一种基于核主元分析(KPCA)和混沌粒子优化群(CPSO)算法的非线性故障检测方法。通过核函数完成非线性变换,将变量由非线性的输入空间转换到线性的特征空间来计算主元,构造平方预测误差统计量检测故障是否发生。为避免粒子群算法的早熟现象,利用混沌优化的搜索特性,将CPSO算法应用到KPCA核参数的优化中。变压器故障检测结果表明,与基于PCA、KPCA和 PSO-KPCA的故障检测方法相比,该方法的检测正确率较高。     

Sensor fault diagnosis of nonlinear processes based on structured kernel principal component analysis

A new sensor fault diagnosis method based on structured kernel principal component analysis （KPCA） is proposed for nonlinear processes. By performing KPCA on subsets of variables, a set of structured residuals, i.e., scaled powers of KPCA, can be obtained in the same way as partial PCA. The structured residuals are utilized in composing an isolation scheme for sensor fault diagnosis, according to a properly designed incidence matrix. Sensor fault sensitivity and critical sensitivity are defined, based on which an incidence matrix optimization algorithm is proposed to improve the performance of the structured KPCA. The effectiveness of the proposed method is demonstrated on the simulated continuous stirred tank reactor （CSTR） process.     

基于KPCA和灰色模型的凝汽器故障预测

汽轮机凝汽器的故障预测为其故障自愈的研究提供了理论依据.提出一种基于核主元分析和灰色预测模型的汽轮机凝汽器故障预测方法,首次将灰色预测理论应用于凝汽器的故障预测.采用核主元分析法对故障特征数据进行分析和处理,提取反映故障的主要特征量,以降低特征变量之间的非线性相关性,同时减少灰色预测模型的预测参数的数目.然后应用灰色预测理论建立故障特征的预测模型,对每一个主要特征量的趋势值进行预测,重构故障特征向量,用于汽轮机凝汽器故障的预测分析.     

推力矢量飞机鲁棒故障检测与辨识和指令滤波容错控制系统设计

针对推力矢量飞机(TVA)在超机动飞行中的舵面故障、执行器故障、参数摄动和外界干扰等问题,提出了一种鲁棒故障检测与辨识和指令滤波容错控制(RFDI-CFFTC)系统设计方法.首先针对TVA故障模型提出了一种基于多观测器的RFDI机制,通过引入自适应律和观测器来补偿参数摄动和外界干扰的影响,实现对舵面故障和执行器故障的准...     

基于改进核主元和支持向量数据描述故障检测

提出基于改进核主元和支持向量数据描述(SVDD)故障检测方法,适合于复杂工业过程具有非线性和非高斯性的情况.首先,通过对核主元(KPCA)特征空间样本进行重构误差,在样本集上自动识别异常值,减少对KPCA算法的影响并增强非线性核映射.然后,利用支持向量数据描述算法处理数据非高斯信号,据此构建统计量对工业过程进行检测.最后,将所提出的改进核主元和支持向量数据描述方法应用于田纳西-伊斯曼(TE,Tennessee Eastman)过程的仿真实验,结果说明提出方法的有效性.