利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2018102335582
申请人: 宁波大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种基于分散式主元回归模型的故障检测方法,其特征在于,包括以下步骤:离线建模阶段的实施过程如下所示:

步骤(1):采集生产过程正常运行状态下的样本,组成训练数据集X∈Rn×m,并对每个测量变量进行标准化处理,得到均值为0,标准差为1的新数据矩阵 其中,n为训练样本数,m为过程测量变量数,R为实数集,Rn×m表示n×m维的实数矩阵;

步骤(2):将标准化后的数据集 表示成 其中xi∈Rn×1为第i个测量变量的n数据组成的列向量,i=1,2,…,m表示变量下标号,并初始化i=1;

步骤(3):将矩阵 中第i列数据去除得到回归模型的输入矩阵 而将xi作为回归模型的输出,利用主元回归(PCR)算法建立输入 与输出xi之间的软测量模型,具体的实施过程如下所示:①计算 的协方差矩阵

②求解矩阵C中所有k个大于0.001的特征值λ1≥λ2≥…≥λk所对应的特征向量p1,p2…,pk;

③根据公式 计算主元得分矩阵Ti∈Rn×k,其中Pi=[p1,p2…,pk]∈R(m-1)×k;

④根据公式bi=Pi(TiTTi)-1TiTxi计算PCR的回归系数向量bi,那么输入与输出之间的软测量模型为:其中,ei∈Rn×1为PCR模型估计误差向量,上标号T表示矩阵与向量的转置;

步骤(4):判断是否满足条件i<m?若是,则置i=i+1后返回步骤(3);若否,则将得到的估计误差向量组成矩阵E=[e1,e2,…,em]后继续执行下一步骤(5);

步骤(5):将估计误差矩阵E作为新的训练数据矩阵,对其中的每一列实施标准化处理,得到均值为0,标准差为1的新数据矩阵步骤(6):利用主元分析算法为 建立相应的故障检测模型,并保留模型参数集Θ={W,Λ,Dlim,Qlim}以备调用,其中W为投影变量矩阵,Λ是由特征值组成的对角矩阵,Dlim与Qlim分别表示监测统计量D与Q的控制上限;

步骤(7):收集新采样时刻的数据样本x∈R1×m,对其实施与步骤(1)中相同的标准化处理得到新数据向量 后,初始化i=1;

步骤(8):将行向量 中的第i个元素yi取出后得到输入向量并按照如下所示公式计算yi的估计误差fi:

步骤(9):判断是否满足条件i<m?若是,则置i=i+1后返回步骤(8);若否,则将得到的误差组成向量f=[f1,f2,…,fm]并继续执行下一步骤(10);

步骤(10):对f实施与步骤(5)中相同的标准化处理得到新向量步骤(11):据如下所示公式计算监测统计指标D与Q:步骤(12):判断D与Q的具体数值是否大于对应控制上限Dlim与Qlim?若否,则当前样本为正常工况采样;若是,则当前采样数据有可能来自故障工况。

2.根据权利要求1所述的一种基于分散式主元回归模型的故障检测方法,其特征在于,所述步骤(6)中为 建立故障检测模型的具体实施过程如下所示:①计算 的协方差矩阵

②求解S所有特征值γ1≥γ2≥…≥γm所对应的特征向量w1,w2…,wm;

③设置保留的主成分个数d为满足如下所示条件的最小值,将对应的d个最大特征值组成对角矩阵Λ=diag{γ1,γ3,…,γd},并将对应的d个特征向量组成投影变换矩阵W=[w1,w2…,wd]④根据如下所示公式计算Dlim与Qlim:

上两式中,置信水平α=99%,Fα(k,n-k)表示自由度为k与n-k的F分布, 表示权重为g=v/2b,自由度为h=2a2/b的χ2分布,a与b分别是 对应的统计量Q的估计均值和估计方差。