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.     

一种基于改进型自适应滑动窗算法的主元分析

针对工业过程时变的特点,基于自适应滑动窗的主元分析算法由于能依据采集数据时时更新模型,因此能有效提高建模精度和诊断准确度。但是该算法的实现基于两个假设:(1)假定用于更新模型的数据是正常稳定过程中采集而得。(2)假定采集数据时序无关。由于算法没有辨识功能,极容易用携带故障信息的数据来更新系统模型,后果可想而知。据此本文提出计算相对变化量用于区分数据正常与否。实践证明大部分工业过程存在时序相关性,而滑动窗算法属于常规静态建模,因此应该考虑动态主元分析。综上,本文提出动态主元分析的关键参数——时滞参数z来计算和改进自适应滑动窗算法。最后经过仿真测试验证了辨识算法的有效性。     

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.     

在线压缩核主元分析的自适应过程监控

对于动态系统,传统的核主元分析(KPCA)方法处理的效果不理想.滑动窗口核主元分析方法能适应动态系统的正常参数漂移,但是该方法处理大量的样本时需要较长的运算时间.因此,提出一种在线压缩核主元分析的自适应过程监控方法.该方法在大量的样本中选定较小的训练集作为初始压缩集进行建模,对在线实时采集的数据进行分析,判断新的样本是否正常.若为正常样本,判断该样本是否加入压缩集中,在加入压缩集的同时自动更新在线KPCA模型.将该方法应用到数值例子和田纳西-伊斯曼(TE)过程,仿真结果验证了该方法的有效性.     

基于小波去噪核主元分析和邻近支持向量机的性能监控和故障诊断

针对化工过程数据中包含噪声和强非线性的特点,提出了基于小波去噪核主元分析(De-ncdsed Kerntel Principal Component Analysis,DKPCA)和邻近支持向量机(Proximal SupportVector Machine,PSVM)的性能监控和故障诊断新方法.将样本数据用小波方法进行去噪处理,去除数据所包含的噪声,通过KPCA将降噪后的数据进行变换,在特征空间里构建T2和Q统计量来监测是否有故障发生;若发生故障,则计算数据的非线性主元得分向量,并将其作为PSVM的输入值,通过PSVM分类来确定故障的具体类型.流化催化裂化装置(FCCU)仿真试验验证了小波去噪的必要性和利用DKPCA-PSVM进行监控和故障诊断的有效性.     

基于滑动窗的CVA故障诊断算法

由于过程数据通常具有时变性,规范变量分析(CVA)在动态过程系统的故障诊断中不能得到较好的故障诊断准确率,因此提出一种基于滑动窗的规范变量分析(MWCVA)算法.该算法首先建立初始的CVA模型和计算监控统计量,通过滑动窗更新过程变量数据,计算更新建模所需数据,不断实时地更新出新样本的CVA模型和监控统计量.通过对Tennessee-Eastman过程的仿真,对比CVA、MWPCA和MWCVA的故障诊断效果,验证所提出算法的有效性.     

基于免疫核主元分析的故障诊断方法

针对核主元分析(KPCA)中的复杂运算和故障分离问题,提出一种基于免疫核主元分析(immune-KPCA,IKPCA)的故障诊断方法.该方法使用小波变换技术对数据进行预处理,然后利用基于克隆选择原理的免疫算法对建模数据进行压缩,提取特征样本建立核矩阵以降低运算复杂程度.在IKPCA监控统计量检测到故障后,基于灵敏度分析思想构造贡献图分离故障变量.在连续搅拌反应釜(CSTR)仿真过程上的应用结果表明,本文提出的方法能够显著地降低核矩阵的计算量,比传统的PCA、KPCA方法更有效地检测过程故障,而且能够正确地识别故障变量.     

基于核主元分析的湿法烟气脱硫系统的故障诊断

提出一种基于核主元分析(KPCA)的故障诊断方法,通过提取集成算子与非线性核函数计算后映射到高维空间的主元成分,有效地捕捉过程变量的非线性关系.对华能福州电厂烟气脱硫过程采集的数据进行传感器完全失效、偏差等故障实验仿真,结果表明,KPCA具有很好的故障诊断能力.     

结合非线性频谱和核主元分析的机器人用RV减速器故障诊断

针对机器人用RV减速器故障诊断准确率低问题,采用基于非线性输出频率响应函数频谱与核主元分析(KPCA)相结合的方法诊断RV减速器故障。利用RV减速器性能测试平台采集减速器在正常状态和故障状态下的输入和输出数据;采用批量估计算法得到每种状态下的前4阶频谱值,将其作为故障特征送入KPCA进行压缩,通过设置主元累计贡献率将400维数据压缩至5维;将KPCA生成的低维数据送入支持向量机分类器进行训练和测试。试验结果表明:与仅把振动信号时域或频域作为数据集进行故障诊断的方法相比,所提方法的故障诊断准确率分别提升了27.50%和8.34%,达到了96.67%,所提方法在RV减速器的故障诊断上有效。     

KPCA-KPLS方法在pH中和过程建模中的应用

针对化工过程中的具有严重非线性、不确定性、时变性的复杂pH中和过程系统建模问题,提出一种基于核主元分析(KPCA)与核偏最小二乘(KPLS)相结合的建模方法.在高维特征空间内,该方法通过KPCA有效地提取输入数据的非线性主元,利用KPLS方法将输入变量投影在潜在变量上,再用输入与输出变量之间的协方差信息提取潜在特征建立pH中和过程模型.为验证其有效性,将KPCA-KPLS方法应用到弱酸强碱中和过程、强酸强碱中和过程实例中,并与核偏最小二乘、核主元分析_支持向量机(KPCA-SVM)、核极限学习机(KELM)、极限学习机(ELM)、最小二乘支持向量机(LSSVM)、SVM等方法进行比较.实验结果表明:KPCA-KPLS方法具有很高的动态建模精度.     

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.     

低信噪比下的变步长最小均方自适应算法及其在时延估计中的应用

为提高变步长最小均方(LMS)自适应算法在噪声干扰下的时变时延跟踪性能,提出改进的变步长LMS自适应算法.该算法对MVSS-LMS算法进行误差均值补偿,改步长因子固定范围约束为动态变化约束;使用HB加权突出自适应滤波器权系数峰值,采用滑动窗遗忘加权减小计算复杂度.自适应时延估计仿真实验和消声水池目标被动定位试验表明:相比于参数固定条件下的MVSS-LMS算法和SVS-LMS算法,改进算法能够获得更好的时变时延跟踪性能.     

基于KPCA-GG的火力发电设备状态诊断方法

为了解决具有非线性特征的设备状态诊断问题,提出一种基于核主成分分析和Gath-Geva模糊聚类相结合的多元时序分割算法.根据Gath-Geva模糊聚类算法得到聚类结果,利用核主成分分析算法提取非线性特征,从而构造KPCA分析模型.将聚类类簇在该模型空间中的距离作为类簇相似性分析及合并的标准,以提升方法的分割效果.实验结果表明,基于KPCA的Gath-Geva模糊聚类算法能识别数据的非线性信息,更准确地分析数据特征,其分割效果优于基于主成分分析的聚类算法的分割效果.通过提取的非线性特征对数据进行分割有助于识别设备状态的转换,可用于解决一类具有非线性特点的火力发电设备过程状态诊断问题.     

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KPCA和LSSVM的氧化铝粉流量预测

针对氧化铝粉流量需在线精确测量,在线分析仪表成本较高和测量滞后的问题,提出了一种将核主元分析(KPCA)和最小二乘支持向量机(LSSVM)两种方法相结合的软测量混合建模方法,通过核主元分析(KPCA)提取数据非线性主元,并利用最小二乘支持向量机(LSSVM)建立氧化铝粉流量预测模型,预测结果表明该模型具有更好的非线性数据处理能力,运算速度快、跟踪性能好以及泛化能力强等优点,能满足氧化铝粉流量的在线测量要求.     

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SKO—KPCA和SVM的雷达目标HRRP特征提取与识别

将依赖数据变化的自适应SKO技术和迭代算法引入KPCA算法中,结合SVM分类技术,提出了基于SKO-IKPCA和SVM的雷达目标HRRP特征提取与识别方法.讨论了HRRP预处理、迭代KPCA算法和SKO/FKO技术的实现方法,将SKO/FKO技术应用到KPCA的核优化中,并用人工合成数据对其优化性能进行了测试与比较,应用该方法对Su-27、F-16及M2000等三类飞机目标的实测HRRP数据进行了特征提取与识别实验.结果表明,所提方法具有较好的稳定性和可靠性,能有效地优化雷达目标主元特征的提取,提高目标的识别性能.     

基于核主元分析和支持向量机的结构损伤识别研究

为了提取有效的损伤特征并提出实用的损伤识别方法,本文利用核主元分析(KPCA)良好的非线性特征提取和支持向量机(SVM)在非线性映射、分类方面的优秀性能,提出了一种基于非线性特征提取的支持向量机损伤识别方法.首先采用粒子群算法(PSO)来优化KPCA的核参数,然后运用优化后的KPCA进行损伤特征提取,最后用SVM进行模式分类并输出识别结果.为了验证所提方法的有效性,通过一个12层钢混框架模型进行损伤识别,并重点研究了KPCA的核参数优化模型及可分性分析、噪声程度、不同特征提取方法、神经网络模型对该方法性能的影响.研究发现:本文所提出的方法不仅能有效地提取损伤特征和降低数据维数,而且具有较高的损伤识别和抗噪能力、泛化能力,且鲁棒性很强.     

基于优化支持向量机的带钢延伸量软测量研究

带钢退火过程中存在多变量非线性主导因素和数据噪声,难以用数学模型精确描述退火炉内带钢的延伸量.针对这一问题,提出基于核主元分析(KPCA)与免疫粒子群(ICPSO)优化最小二乘支持向量机(LSSVM)的炉内带钢延伸量软测量方法.采用ICPSO算法避免了粒子群算法易陷入局部最优的缺陷,利用ICPSO对LSSVM进行参数寻优,通过KPCA去除样本噪声,提取输入数据样本中的非线性主元信息,建立ICPSO-LSSVM软测量模型.此方法用于退火炉内带钢延伸量预测,通过现场生产数据仿真实验进行非线性函数估计;对比其他几种现有算法,实验结果表明本文方法具有较高的预测精度.