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专利号: 2022102842140
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于混合变量监测的非单一分布的过程监测方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤1:离线建模,具体包括如下步骤:步骤1.1:健康状态训练数据集 包含n个样本, 为第i个采样并包含d个j

样本,i表示采样时间;xi共包含dc个连续特征和db个二值特征;记x为第j个变量, 为第jc个连续变量, 为第jb个二值变量;

步骤1.2:根据聚类算法确定训练数据的分量个数,采用Calinski‑Harabaz分数确定,假设共存在K分量,即k∈{1,...,K};

步骤1.3:对于连续变量 假设其在第k个分量服从高斯分布,如公式(1)所示:其中 和 分别为第

jc个连续变量第k个分量的均值和标准差;

步骤1.4:对于二值变量 假设其在第k个分量服从伯努利分布,如公式(2)所示:其中 为第jb个二值变量在第k个分量的响应概率;

步骤1.5:对于采样xi,其在第k个分量的发生概率如公式(3)所示:其中

j

表示x在第k个分量的特

征权值;

步骤1.6:考虑到K个分量,xi的发生概率如公式(4)所示:其中θ={φ ,μ,σ,η,ω},φ={φ1,...,φk,...,φK},μ={μ1,...,μk,...,μK},σ={σ1,…,σk,…,σK},η={η1,…,ηk,…,ηK},ω={ω1,...,ωk,...,ωK},φk为第k个分量的分量权值;

步骤1.7:构造关于xi的函数,如公式(5)所示:f(xi)=ln(P(N)P(xi;θ))    (5);

其中 为显著水平,δ为置信水平;

步骤1.8:根据步骤1.1到步骤1.7,f(xi)表达式如公式(6)所示:其中,Ξk为关于权值和响应概率的表达式, 为第k个分量的第jb个值, ψi,k为关于权值、均值和标准差的表达式为关于权

值和响应概率的表达式, 为二值特征向量;

步骤1.9:构造关于xi的统计量,如公式(7)所示:2

si=f(xi)    (7);

步骤1.10:构造潜变量z={z1,…,zi,…zn},其中zi=k如果xi属于第k个分量,初始化参数;

步骤1.11:构造概率矩阵 其中yik表达式如公式(8)所示:步骤1.12:计算连续变量的均值 如公式(9)所示:步骤1.13:计算连续变量的标准差 如公式(10)所示:步骤1.14:计算二值变量的响应概率 如公式(11)所示:步骤1.15:潜变量z,如公式(12)所示:其中argmax(·)表示取最大;

步骤1.16:对于连续变量 按照下式构造辅助二值变量 如公式(13)所示:其中 表示 如果 并且zi=k,否则步骤1.17:计算υk,如公式(14)所示:其中 为1如果条件满足,否则为0;

步骤1.18:计算υ′k,如公式(15)所示:其中

j

步骤1.19:计算概率P(x|z=k),如公式(16)所示:其中 时 否则

j j′

步骤1.20:计算联合概率P(x ,x |z=k),如公式(17)所示:j j′ j j j j′ j′P(x,x |z=k)=P(x|z=k){1‑Λ(x)+(2Λ(x)‑1)[Λ(x )υk+(1‑Λ(x ))υ′k]}  (17);

j j′

步骤1.21:计算互信息Mk(x ,x ),如公式(18)所示:步骤1.22:计算特征权值 如公式(19)所示:步骤1.23:计算分量权值φk,如公式(20)所示:步骤1.24:重复步骤1.11至步骤1.23直至参数收敛;

lim

步骤1.25:通过核密度估计计算s=[s1,...,si,...sn]的控制限s ;

步骤2:在线检测。

2.根据权利要求1所述的基于混合变量监测的非单一分布的过程监测方法,其特征在于:在步骤2中,具体包括如下步骤:步骤2.1:当有新采样xa到来时,计算xa的发生概率,如公式(21)所示:步骤2.2:计算样本xa的函数f(xa),如公式(22)所示:步骤2.3:计算样本xa的统计量sa,如公式(23)所示:2

sa=f(xa)    (23);

若:新采样数据的统计量未超过控制限,则认为正常,否则认为发生故障。