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《浙江大学》 2003年
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基于粗糙集的过程建模、控制与故障诊断

谭天乐  
【摘要】: 传统的工业过程建模、控制及故障诊断技术大多基于精确的数学模型,适用于已知运行机理和过程特性的工业系统。然而,工业系统的结构、参数和运行模式在不断的变化,对过程机理的透彻分析和精确数学模型的建立常常需要付出无法接受的代价,系统的控制和故障诊断也就因此面临一个精确建模问题。在实际工业生产中,工程技术人员在对系统机理和数学模型知之甚少的情况下通过观察和经验总结,仍然能够对系统进行良好的手动控制和及时的故障诊断,因此完全可以采用机器学习的智能方法模拟人的这种通过观察学习进行控制的能力。 粗糙集理论是一种通过等价关系和近似概念对数据进行约简以获取知识的方法。粗糙集信息系统是一个基于规则的知识系统,一个基于规则的系统不需要对过程进行数学描述,而是对过程进行经验总结,形式上是“如果…那么…”的规则的集合。规则系统提供了一种了解工业过程的更加直观、简单、易于理解和人性化、智能化的方法。粗糙集理论为基于知识的过程建模、控制与故障诊断提供了理论基础和研究思路。本文的主要目的是试图解决粗糙集在知识获取、机器学习以及工业生产实际运用中所遇到一些主要问题,利用粗糙集在分析处理不完全、不精确和不一致数据中所具有的优势,对复杂工业过程进行基于规则的非机理知识建模,在规则模型的基础上,结合现代控制理论中的有关概念和方法,构造粗糙控制的初步框架,并将粗糙集方法运用于故障诊断。 本文的主要贡献如下: 1、回顾和总结了粗糙集理论的发展和国内外的研究现状,讨论了其在复杂工业过程建模、控制与故障诊断中应用的一般方法。对于粗糙集的开发工具、研究及应用成果以及在工业控制中的发展过程作了系统深入的综述,重点分析和评述了粗糙集理论在工业过程建模、控制与故障诊断中所面临的问题。 2、介绍了粗糙集信息系统中数据预处理的几种方法,分析了连续属性离散化对知识获取的影响。基于布尔逻辑与粗糙集相结合的离散化方法,提出了连续/离散属性混合系统离散化的策略和启发式算法,在信息熵的基础上,提出了一种对离散化结果进行评判的标准,并对布尔逻辑离散化方法和混合离散化算法进行了评价。 3、在等价矩阵概念的基础上,分析了粗糙集知识系统中等价划分与等价 摘要 矩阵的关系,采用等价矩阵来表示粗糙集的等价关系,提出了一种对 数据库知识系统进行数据清洗以及从中提取决策规则的矩阵算法,分 析了该算法的计算复杂性。基于已有的决策规则根据对象增减,提出 了在粗糙集信息系统中对决策规则进行动态调整的新策略,并进一步 给出了实现该策略的改进矩阵算法。 4、从非线性系统分析方法出发,构造了基于粗糙集决策规则的非线性算 子方程和粗糙状态空间,分析了粗糙状态空间模型的一致性和完备性, 给出了对不一致和不完备的粗糙状态空间模型进行补充的方法。初步 讨论了粗糙状态空间模型的稳定性和可达性,提出了基于粗糙状态空 间模型的非线性过程建模和粗糙控制器设计方法。以一个具有非线性 特性的自来水加药混凝沉淀系统为背景进行了仿真研究,结果表明了 基于粗糙集决策规则的粗糙状态空间模型和粗糙控制器在非线性过程 建模与控制中的有效性。 5、利用粗糙集理论自动获取过程工业生产系统中的故障知识,从信息嫡 的角度分析系统知识不确定性的变化,提出了一种基于粗糙集理论的 故障诊断新方法,在前向推理、反向推理以及混合推理的基础上,给 出了针对故障点建立决策表以及利用粗糙集约简所获得的诊断规则进 行正、反向故障诊断的步骤,讨论了这种故障诊断方法的诊断性能及 其在计算上的复杂度。利用粗糙集进行故障知识的发现,寻找系统各 个故障源信号之间合理的逻辑关系,提出了一种构造逻辑故障树的智 能方法,并给出了相应的故障树评价标准。以双效蒸发器系统为背景, 进行了基于粗糙集的故障诊断实例仿真。 6、对下一步在基于粗糙集的过程建模、控制和故障诊断等方面将要进行 的工作进行了展望。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TP273

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
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中国博士学位论文全文数据库 前6条
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中国硕士学位论文全文数据库 前5条
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2 何鹏;生料浆配料过程返料成分的时间序列混沌分析和SVM预测研究[D];中南大学;2011年
3 孔玲爽;烧结法氧化铝生料浆质量预测及应用研究[D];中南大学;2005年
4 周刚;人的安全行为模式分析与评价研究[D];山东科技大学;2006年
5 穆海芳;基于粗糙集理论的故障诊断知识获取研究[D];合肥工业大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 钟伟红;关宏伟;;基于单纯形法的PID参数优化设计[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2006年03期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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4 喻洪流;钱省三;关慎远;;机电复杂系统的智能控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 徐爱东;李传庆;陈艳军;刘广生;韩莉;;仿人智能MFA控制在过热蒸汽温度系统中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 曹荣敏;侯忠生;黄健;;直流电机调速系统的无模型学习自适应控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 金尚泰;侯忠生;王卫红;;无模型自适应控制方法在永磁直线电机控制中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 蔡满军;刘明坤;田广军;刘建军;;改进的带无模型外环补偿的自适应控制系统[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
9 陈保家;李力;赵新泽;;基于尺度-小波能量谱、粗糙集和神经网络集成的内燃机故障诊断方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
10 晏静文;侯忠生;;基于无模型自适应控制的反馈-前馈迭代学习控制系统收敛性研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王杰;基于人工智能的乒乓球比赛技战术诊断与评估研究[D];上海体育学院;2010年
2 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 殷志伟;基于统计学习理论的分类方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 于翔;基于网格的数据流聚类方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 牟向伟;模糊语义个性化推荐系统在电子政务中的应用研究[D];大连海事大学;2010年
6 梁燕军;海洋平台非线性系统最优减振控制研究[D];中国海洋大学;2010年
7 全惠敏;电能质量相关信号的S变换检测算法及应用研究[D];湖南大学;2010年
8 杨锦园;基于传感器管理的移动机器人融合算法研究[D];华中科技大学;2010年
9 岑健;基于人工免疫系统的机组复合故障诊断技术研究[D];华南理工大学;2010年
10 任家福;服务商选择与备件备品库存管理研究[D];电子科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 梅俊;数据挖掘中关联规则算法的研究及应用[D];安徽工程大学;2010年
2 李华英;航空发动机多变量鲁棒控制方法研究[D];南昌航空大学;2010年
3 李金华;基于SVM的多类文本分类研究[D];山东科技大学;2010年
4 吴香庭;基于遗传算法的K-means聚类方法的研究[D];山东科技大学;2010年
5 刘鲁艳;基于PJR-2X型喷浆机器人的开放式算法平台研究与设计[D];山东科技大学;2010年
6 杨新忠;基于案例的地理时空过程表达模型研究[D];山东科技大学;2010年
7 岳海亮;信息论在粗糙集连续属性离散化中的应用[D];辽宁师范大学;2010年
8 程慧;基于神经网络的两类问题研究[D];广西师范学院;2010年
9 许继影;一类非线性时滞系统的稳定性及鲁H_∞控制[D];广西师范学院;2010年
10 雷聪聪;一种基于数据聚类的信息粒化方法[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙全玲;基于粗集和神经网络的建模方法研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2005年02期
2 栗继祖,康立勋;煤矿安全从业人员心理测试指标体系研究[J];安全与环境学报;2004年06期
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4 胡方;黄建国;褚福照;;基于粗糙集的武器系统灰色关联评估模型[J];兵工学报;2008年02期
5 刘文军,谷云东,李洪兴;基于区分矩阵求决策算法的约简[J];北京师范大学学报(自然科学版);2003年03期
6 刘文军,王加银,冯艳宾,谷云东,李洪兴;一种求粗糙集中最小属性约简的新算法[J];北京师范大学学报(自然科学版);2004年01期
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10 孔庆军;监控组态软件的功能分析及其在机舱自动化中的应用[J];船电技术;2004年04期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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10 宋枫溪;自动文本分类若干基本问题研究[D];南京理工大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵民正;面向监控的组态软件——技术分析和设计[D];浙江大学;2002年
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【二级引证文献】
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3 杨继平;赵洪祥;符安平;;我国外商直接投资环境空间差异的动态分析[J];系统工程;2012年08期
4 付净;刘辉;包海峰;;突发安全事故个体-群体安全行为决策探究[J];工业安全与环保;2013年06期
5 刘海涛;翟敬梅;徐晓;;基于变精度粗糙集的生产工序质量规则提取[J];机床与液压;2010年09期
6 付净;韩子鹏;刘辉;包海峰;;面对突发安全事故人的安全行为决策探究[J];吉林化工学院学报;2011年09期
7 苗泽林;朱荆州;;基于异常检测的NVP表决器[J];计算机与数字工程;2012年03期
8 梅检民;周斌;司爱威;张威;肖云魁;;基于变精度粗糙集理论提取发动机振动故障特征[J];军事交通学院学报;2009年03期
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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4 雷明;基于粗糙集理论的决策表压缩[D];华北电力大学(北京);2010年
5 魏悦亮;粗糙集在数据挖掘不确定性问题中的研究[D];中国石油大学;2010年
6 袁晓娟;基于粒计算的双论域粗糙集模型研究[D];兰州大学;2010年
7 武金艳;粗糙集与证据理论在医疗智能诊断系统中的应用研究[D];湖南大学;2010年
8 穆海芳;基于粗糙集理论的故障诊断知识获取研究[D];合肥工业大学;2010年
9 李琴;基于粗糙集的商业智能决策的研究与应用[D];广东工业大学;2011年
10 张贤勇;粗糙集的数学基础研究与两个广义粗糙集模型的探讨[D];四川师范大学;2004年
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