基于bdkpca的間歇過(guò)程統(tǒng)計(jì)性能監(jiān)控研究

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1、分類號(hào)UDC密級(jí)學(xué)位論文193312／基于BDKPCA的間歇過(guò)程統(tǒng)計(jì)性能監(jiān)控研究作者姓名：指導(dǎo)教師：申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：學(xué)科專業(yè)名稱：論文提交日期：學(xué)位授予日期：評(píng)閱人：褚菲賈明興副教授東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院碩士學(xué)科類別：工學(xué)控制理論與控制工程2009年6月論文答辯日期：2009年7月2009年7月答辯委員會(huì)主席：劉建昌李鴻儒、孫萍東北大學(xué)2009年6月7k■T■、●--●If≯獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同

2、志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名：旎蒸。日期：工口驢7．7、J學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定：即學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人同意東北大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索、交流。作者和導(dǎo)師同意網(wǎng)上交流的時(shí)間為作者獲得學(xué)位后：半年口一年盯一年半口學(xué)位論文作者簽名：褚菲簽字日期：aD口7．7IJ兩年口導(dǎo)師簽名：綏吲豸簽字日期：二∞7．7t◆，東北大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要基于BDKPCA的間歇過(guò)程統(tǒng)計(jì)性能監(jiān)控研

3、究摘要對(duì)間歇生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控的目的在于及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的非正常情況、保證生產(chǎn)安全、提高產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和降低生產(chǎn)成本。與連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程相比，間歇生產(chǎn)過(guò)程特性更加復(fù)雜，數(shù)據(jù)具有多階段、非線性、動(dòng)態(tài)、多批次等特性，對(duì)其進(jìn)行過(guò)程監(jiān)控更加困難。間歇過(guò)程統(tǒng)計(jì)性能監(jiān)控由于不需要過(guò)程精確的解析模型，所獲得理論成果和方法能夠較快的應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，因此被廣泛研究，已成為過(guò)程控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一?！疚脑谏钊胙芯块g歇過(guò)程數(shù)據(jù)特征的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究間歇過(guò)程的非線性特性和動(dòng)態(tài)特性，提出了BDKPCA(Batchdynamickernelprincipalcomponent．na_lysi

4、s)和基于FVS(Featurevectorselection)的BDKPCA算法，并將它們應(yīng)用于間歇過(guò)程的統(tǒng)計(jì)性能監(jiān)控中。首先綜述了流程工業(yè)過(guò)程監(jiān)控的目的、必要性以及過(guò)程監(jiān)控的主要方法。闡述了多變量統(tǒng)計(jì)過(guò)程性能監(jiān)控的研究歷史和發(fā)展現(xiàn)狀，特別對(duì)間歇生產(chǎn)過(guò)程統(tǒng)計(jì)性能監(jiān)控的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題進(jìn)行了較完整的綜述。介紹了多變量統(tǒng)計(jì)過(guò)程性能監(jiān)控的理論基礎(chǔ)和基本方法，給出了間歇過(guò)程統(tǒng)計(jì)性能監(jiān)控實(shí)施的一般框架。針對(duì)間歇過(guò)程的非線性特性和動(dòng)態(tài)特性，將核技術(shù)(Kernelprincipalcomponentanalysis，Ⅺ’CA)引入到BDPCA(Batchdynamicprincipal

5、componentanalysis)算法中，提出了一種基于BDKPCA的間歇生產(chǎn)過(guò)程統(tǒng)計(jì)性能監(jiān)控方法，以間歇過(guò)程三維建模數(shù)據(jù)的每一個(gè)批次為工作對(duì)象，進(jìn)行時(shí)間序列上的擴(kuò)展和輸入空間到特征空間的非線性映射，并在特征空間里通過(guò)計(jì)算各批次建模數(shù)據(jù)之間的平均統(tǒng)計(jì)特征，即平均核矩陣(Averagekernelmatrix，AKM)，來(lái)描述各批次建模數(shù)據(jù)之間所共有的或一致的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和特征，使得所建立的統(tǒng)計(jì)過(guò)程監(jiān)控模型更加準(zhǔn)確，更能反映出間歇過(guò)程的運(yùn)行本質(zhì)。算法應(yīng)用于在線監(jiān)控時(shí)，無(wú)須估計(jì)未來(lái)時(shí)刻數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確性更高?；趧?dòng)態(tài)非線性數(shù)學(xué)模型和青霉素發(fā)酵過(guò)程的應(yīng)用表明：對(duì)于具有較強(qiáng)非線性特性和動(dòng)態(tài)特性

6、的間歇生產(chǎn)過(guò)程，BDK_PCA算法能同時(shí)有效地獲取三維建模數(shù)據(jù)中的非線性特性和動(dòng)態(tài)特性，較MKPCA方法具有更好的監(jiān)測(cè)性能。BDKPCA算法在建模數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)較多時(shí)，存在計(jì)算量和在線監(jiān)控所需存儲(chǔ)空間激增的問(wèn)題。針對(duì)于此，結(jié)合間歇過(guò)程三維建模數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，對(duì)FVS進(jìn)行了改進(jìn)，并將改進(jìn)后的FVS引入到BDKPCA算法中，提出了基于FVS的BDKPCA算法。該算法首先對(duì)建模數(shù)據(jù)進(jìn)行FVS運(yùn)算，得到采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)相對(duì)較少的樣本子集，然后在樣本一II—東北大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要集上建立間歇過(guò)程的BDKPCA統(tǒng)計(jì)監(jiān)控模型。基于青霉素發(fā)酵過(guò)程的應(yīng)用表明：FVS技術(shù)在不影響B(tài)DKPCA算法在線監(jiān)控

7、性能的前提下，能有效降低BDKPCA算法的運(yùn)算量，減少其在線監(jiān)控時(shí)所需的儲(chǔ)存空間。在全文研究工作的基礎(chǔ)上，提出了有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題和今后研究工作的重點(diǎn)。關(guān)鍵詞：間歇過(guò)程；統(tǒng)計(jì)性能監(jiān)控；BDKPCA；AⅪ訂；FVS—．III—．東北大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractResearchesonStatisticalPerformanceMonitoringandControlofBatchProcessesBasedonBDKPCAMethodAbstractTheobjectandmotivat