基于多時段間歇過程故障檢測的方法研究

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1、’’－－、？；■－一Ｉ■＞朵擊抑乂＊著ＵＮＩＳＣＩＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＮＡＩＶＥＲＳＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＥＩ碩±學位論文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ；教識３，，■掉麵：論文題目基于多時段間歇過程故障檢測的方法研究學科專業(yè)控制科學與工程學號２０１３２１０７０３０１作者姓名章文指導教師凡時財副教授■ｌｂ獨劍性聲明本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加抖標巧

2、和致謝的地方夕ｈ論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)衷或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得電子科技大學或其它教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。與－我－同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。作者簽名：啦日期：邦化年月＾鬥論文使用授權(quán)本學位論文作者完全了解電子科技大學有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向圃家有關(guān)部口或機構(gòu)送交論文的復印件和磁盤，允許論文被巧閱和借閱。本人授權(quán)電子科技大學可Ｗ將學位論文的全、部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可１＾采用影印縮印或掃描等復制手段保存；＾匯編學位論文。（

3、保密的學位論文在解密后應遭守此規(guī)定）導位作者簽名：表師簽名：ＩＡ的乎Ｈ期：之年月分類號密級注1UDC學位論文基于多時段間歇過程故障檢測的方法研究（題名和副題名）章文（作者姓名）指導教師凡時財副教授電子科技大學成都（姓名、職稱、單位名稱）申請學位級別碩士學科專業(yè)控制科學與工程提交論文日期2016.05.03論文答辯日期2016.05.10學位授予單位和日期電子科技大學2016年6月答辯委員會主席評閱人注1：注明《國際十進分類法UDC》的類號。ResearchonFaultDetectionMethodforBatchProcessesBasedonMulti-

4、PhasesDivisionAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ControlScienceandEngineeringAuthor:ZhangWenAdvisor:Prof.FanShicaiSchool:SchoolofAutomationEngineeriing摘要摘要間歇過程由于其靈活的生產(chǎn)方式、多樣的加工種類、較短的生產(chǎn)周期等優(yōu)勢，逐漸取代了傳統(tǒng)的連續(xù)過程生產(chǎn)模式，成為生物制藥、化工能源、電子制造等各個重要行業(yè)的主要生產(chǎn)方式，且在國內(nèi)工業(yè)整體

5、組成結(jié)構(gòu)中所占的比重也持續(xù)加大。然而，在間歇生產(chǎn)過程中存在著繁多的誤差干擾因素，這不僅造成了產(chǎn)品質(zhì)量無法有效保證，同時也增加了生產(chǎn)過程中的安全風險?；谶@樣的發(fā)展背景下，針對間歇過程故障檢測技術(shù)的研究引起了相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)機構(gòu)或?qū)W者的廣泛關(guān)注和重視，至今已收獲了豐富的研究成果。本文以多時段間歇過程為研究背景，針對現(xiàn)有故障檢測方法存在的時段劃分不準確、處理非高斯非線性特點明顯的數(shù)據(jù)效果不佳的現(xiàn)狀，分別開展了算法設(shè)計工作，并取得了良好的檢測效果。主要研究內(nèi)容如下：（1）分析總結(jié)間歇過程的具體特征和測量數(shù)據(jù)的特點，詳細解釋了主元分析法（PCA）在故障檢測中的應用原理，并進一步研究

6、了適用于間歇過程數(shù)據(jù)處理的多向主元分析（MPCA）故障檢測方法。（2）對于間歇過程的多操作時段，傳統(tǒng)的K-means算法在進行間歇過程時段劃分時，需要事先給定劃分時段的個數(shù)，隨機初始化聚類中心點，造成聚類結(jié)果的不確定導致時段劃分不準確。因此本文提出改進的K-means算法，通過最大最小距離法確定聚類初始中心，自適應的確定最佳時段數(shù)，實驗結(jié)果表明本方法能準確劃分過程時段。（3）基于MPCA的故障檢測方法不適用于非高斯、非線性特點明顯的間歇過程數(shù)據(jù)，本文研究提出了結(jié)合K近鄰方法（KNN）與獨立主元（ICA）分析的間歇過程故障檢測方法，有效改進了ICA算法中統(tǒng)計量控制限不易確定

7、的問題。（4）分別將改進后的多時段MPCA方法和ICA-KNN故障檢測方法用于青霉素發(fā)酵過程和半導體批次生成過程的仿真實驗，與其他方法的對比分析結(jié)果表明了以上兩種方法提高了故障檢測的準確率。關(guān)鍵詞：間歇過程，故障檢測，多時段劃分，多向主元分析，ICA-KNN分析IABSTRACTABSTRACTWiththeadvantagesoftheflexibleproductionmode,varioustypesofprocessing,shortproductioncycle,thebatchprocessgraduallyrep