基于时序结构KICA和OCSVM的过程故障检测方法

核独立元分析故障检测方法中,快速独立元分析法易受分离矩阵初值影响且没有考虑数据的时序结构信息,Mahalanobis距离型监控量会导致故障检测率的降低。针对以上问题,提出基于时序结构核独立元分析和单类支持向量机的故障检测方法,将核独立元求解问题转化为核白化数据时延协方差矩阵加权和的特征值分解问题,采用提取的独立元建立单类支持向量机统计模型,构造监控统计量来检测过程故障。独立元信号提取实验和田纳西-伊斯曼(TE)过程故障检测实验表明:所提方法能够有效利用数据的时序结构信息,避免分离矩阵初值对独立元提取的影响,能够有效缩短故障检测的延迟时间,提高故障检测率。     

基于等距离映射的非线性动态故障检测方法

针对化工过程数据强非线性和动态性的特点,提出了一种基于动态等距离映射(Dynamic Isometric Mapping,DISOMAP)流形学习的非线性过程故障检测方法.该方法首先采用DISOMAP算法提取训练样本的子流形特征,自适应学习近邻点参数,保留了采样数据的流形结构,然后运用线性回归方法得到原空间和降维子流形空间的投影映射,从而将观测数据从原高维空间映射到低维嵌入空间,最后在变换后的低维空间构造统计量T2和SPE进行监控.TE过程的仿真结果表明,所提出的DISOMAP故障检测方法可以比核主元分析(Kernel Principle Component Analysis,KPCA)更为有效地监控过程变化,检测到故障的发生.     

基于核独立元分析的非线性工业过程故障诊断

复杂工业过程的数据具有非高斯、非线性特性,在进行故障检测时,利用核独立元分析(kernel independent component analysis, KICA)方法能有效解决这一问题。然而,由于在处理数据时使用了核函数,无法将线性的贡献图方法直接用于故障诊断,因此采用一种基于改进KICA结合非线性贡献图的方法,对非线性工业过程进行故障检测与诊断。该方法利用基于超松弛因子的FastKICA方法建立监控模型,得到检测故障信息。在发生故障后,通过非线性贡献图法诊断故障变量。最后,选用带钢热连轧工业过程实测数据进行仿真,通过与传统贡献图方法比较,结果表明此方法能够对非线性数据进行有效可靠的故障检测和故障诊断,验证了非线性贡献图的有效性。     

基于动态独立成分的单类支持向量机方法及其在故障诊断中的应用

针对工业过程故障诊断中数据的动态性、非高斯性和非线性特点,提出一种基于动态独立成分的单类支持向量机(OCSVM)方法。为了分析数据的动态特性和非高斯性,应用动态独立成分分析(DICA)方法提取数据变量中的动态独立成分作为特征信息,基于特征信息建立OCSVM模型并构造非线性监控统计量。检测到故障后,计算故障数据与故障模式数据决策超平面的相似度,通过相似度分析识别故障模式。在Tennessee Eastman基准过程上的仿真结果表明,提出的方法能够比单类支持向量机更有效地检测过程故障,并且能够正确识别故障模式。     

基于动态核主元分析的电缆接头故障检测方法

针对环网柜电缆接头故障发生前后时刻的时间相关性较强,且故障的发生是一个非线性过程,将动态核主元分析应用于环网柜电缆接头故障检测并建立故障检测模型.该模型可以在解决非线性变量难以分离的同时提取变量之间的动态自相关特性,并通过建立动态核主元在线监测模型及时检测故障的发生.最后对采集的环网柜电缆接头故障数据进行实验分析,实验结果证明所提方法能有效地检测出环网柜电缆接头故障的发生,且检测精度和误报率均优于之前的算法.     

基于改进核主元分析的故障检测

针对电主轴系统特点,提出基于改进核主元分析(KPCA)的故障检测方法,引入混合核函数的定义,将多项式核和径向基核的混合核方法与主元分析方法(PCA)相结合,解决采用单一核函数诊断故障时的高误诊率问题.首先对数据进行预处理,然后使用混合核函数对数据矩阵进行映射,映射到高维特征空间,使非线性数据变量变为线性数据变量,并使用PCA提取变量数据的高维空间相关特征确定主元个数,最后根据混合非线性主元特征计算出的T2和Q统计量,实现在线故障检测.该方法改进传统核函数的选取方法,充分考虑工业过程中的非线性,更精确地描述工业过程特性,可以准确、有效地检测出电主轴系统故障.对田纳西-伊斯曼(TE)过程以及电主轴系统的应用实例证明该方法的可行性.     

基于高斯受限玻尔兹曼机的非线性过程故障检测

针对非线性工业过程,提出了一种基于高斯受限玻尔兹曼机(GRBM)模型的故障检测方法.该方法从海量过程数据中提取出GRBM隐层特征信息,通过隐层特征再构建出重构数据,并依据重构误差在残差空间中构建检测统计量,形成了非线性过程故障检测算法.仿真结果表明,基于GRBM的故障检测方法不仅比传统的核主元分析(KPCA)方法具有更好的故障检出率,并且针对大数据量问题具有更强的处理能力.     

基于差分进化和核主元分析的燃气轮机故障检测

燃气轮机气路部件的状态检测参数具有极强的非线性,其故障特征难以提取,而利用传统核主成分分析(KPCA)进行故障检测难以对核参数进行科学取值,从而降低故障检测的准确性.针对该问题,论文提出了基于优化混合核的核主元分析故障检测算法(DE-KPCA).首先建立动态权值混合核函数,通过调节核函数的权重比实现全局映射和局部映射优化组合.以样本检测精度作为优化目标,对混合核参数进行逐次优化.最后构造了基于优化混合核函数的主元异常状态检测方法,实现对燃气轮机气路故障的在线检测.本文通过对双轴涡喷发动机气路故障仿真的验证,证明了该方法相较传统KPCA检测,能够实现核参数的科学取值且对燃气轮机气路故障检测具有更高的准确性和实用性.     

基于动态核PCA的复杂废水处理过程在线故障检测

为了克服废水处理过程具有较强的非线性及动态特性,研究了基于主成分分析(principal component analysis,PCA)的在线故障检测.首先在PCA的基础上引入核函数,构造核主成分分析(kernel principal component analysis,KPCA)来优化模型结构,再通过嵌入动态模型来构造动态核主成分分析方法(DKPCA),最后对废水处理过程进行在线故障检测.基于某造纸厂废水数据,构建了偏移故障、漂移故障及精度下降故障,并进行仿真.研究结果表明,在偏移故障条件下,相较于PCA和KPCA方法,DKPCA的平方预测误差故障检测率分别提升了96.96％和87.87％,且在漂移故障条件下检测的灵敏度也有明显提升,验证了在废水时变性过程中DKPCA方法在线故障检测的有效性.     

改进的非线性PCA方法及其在过程监控中的应用

针对化工聚合反应过程的特点,结合小波分解多分辨率特性和独立元分析(ICA)提取个数较少的相互独立信号的优点,改进了基于自相关神经元网络的非线性主元分析(NLPCA)方法。在传统的非线性PCA方法中引入了独立元分析模块,不仅解决了自相关神经元网络中确定各层神经元个数的问题,而且以最少的独立元个数捕捉数据的非线性特征。多尺度监控可以识别各种幅值的故障,提高了监控效果。在此基础上,计算I²、I²_e和SPE统计量用于故障检测。贡献图法用于识别故障变量。在聚酯生产过程上的仿真结果表明,改进后的方法比传统的非线性PCA方法更及时地检测到过程故障,运用贡献图可以有效地实现故障变量分离。     

基于变元统计分析的微小故障检测

微小故障检测对于预防重大事故的发生具有重要的意义.针对微小故障的检测问题,提出了一种变元统计分析算法(Transformed Component Statistical Analysis,TCSA).该算法对滑动时间窗口内的数据进行处理并提取变元(Transformed Component,TC),进而对变元的统计特性(均值,方差,偏度,峰度等)进行监控,以实现对微小故障的检测.该方法所提取的变元即标准化后数据的线性组合,其统计特性能反映出系统运行在正常工况下的某些不变量,而某些微小故障会打破这些平衡,进而实现对故障的检测.通过数值仿真和田纳西伊斯曼过程案例的研究,表明TCSA能够对微小传感器故障和过程故障实现有效检测.     

Nonlinear Statistical Process Monitoring and Fault Detection Using Kernel ICA

A novel nonlinear process monitoring and fault detection method based on kernel independent component analysis (ICA) is proposed. The kernel ICA method is a two-phase algorithm: whitened kernel principal component (KPCA) plus ICA. KPCA spheres data and makes the data structure become as linearly separable as possible by virtue of an implicit nonlinear mapping determined by kernel. ICA seeks the projection directions in the KPCA whitened space, making the distribution of the projected data as non-gaussian as possible. The application to the fluid catalytic cracking unit (FCCU) simulated process indicates that the proposed process monitoring method based on kernel ICA can effectively capture the nonlinear relationship in process variables. Its performance significantly outperforms monitoring method based on ICA or KPCA.     

Application of Kernel Independent Component Analysis for Multivariate Statistical Process Monitoring

In this research,a new fault detection method based on kernel independent component analysis (kernel ICA) is developed.Kernel ICA is an improvement of independent component analysis (ICA),and is different from kernel principal component analysis (KPCA) proposed for nonlinear process monitoring.The basic idea of our approach is to use the kernel ICA to extract independent components efficiently and to combine the selected essential independent components with process monitoring techniques.I2 (the sum of the ...     

Nonlinear fault diagnosis method based on kernel principal component analysis

To ensure the system run under working order, detection and diagnosis of faults play an important role in industrial process. This paper proposed a nonlinear fault diagnosis method based on kernel principal component analysis (KPCA). In proposed method, using essential information of nonlinear system extracted by KPCA, we constructed KPCA model of nonlinear system under normal working condition. Then new data were projected onto the KPCA model. When new data are incompatible with the KPCA model,it can be concluded that the nonlinear system is out of normal working condition. Proposed method was applied to fault diagnosis on rolling bearings. Simulation results show proposed method provides an effective method for fault detection and diagnosis of nonlinear system.     

改进的基于数据重构的KPCA故障识别方法

核主元分析(KPCA)方法相对于主元分析(PCA)方法在非线性过程监测方面具有一定的优势,但是KPCA很难找到由特征空间到原始空间的逆映射函数,这给基于KPCA的故障诊断带来了很大的障碍.为此,在KPCA故障数据重构方法的基础上,对故障识别指标进行改进.改进后的方法既能够识别单变量引起的故障,又能识别多变量引起的故障,而且减少了指标计算过程中的运算量,避免了传统故障识别方法只能实现单变量故障追溯的缺陷.将提出的故障识别方法在田纳西过程中进行了仿真研究,结果表明所提方法的有效性.     

基于双核独立元分析的化工过程故障诊断算法研究

由于化工生产过程数据具有强非线性和非高斯性特征,提出了核主元分析与核独立元分析相结合的可用于化工过程故障诊断的双核独立元分析算法,该算法利用核主元分析的非线性核函数把数据从原空间映射到高维特征空间进行白化预处理,再用核独立元分析算法进行独立元分析,在特征空间中获得故障监控统计量,计算控制置信限,达到有效的故障诊断.提出的算法应用在连续搅拌反应釜过程中,结果表明,该算法对化工过程故障诊断能有效提高准确度、降低漏报率和误报率.