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《浙江大学》 2005年
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间歇过程统计性能监控研究

谢磊  
【摘要】:间歇过程是现代流程工业中常见的一种生产方式,由于其本身具有的灵活性,间歇过程被广泛应用于医药、染料、香料、生化制品等小批量、高附加值产品的生产和制备当中。间歇过程统计性能监控从历史生产数据出发,通过统计信息处理的方法建立相应的性能监控与故障诊断模型,并用于监视生产过程的进行,及时发现并消除过程的异常状况,实现过程的高效、安全、稳定的运行,最终达到提高产品质量一致性和企业经济效益的目的。由于间歇过程统计性能监控主要依赖于过程数据,通用性较强,因此近年来成为过程控制领域的研究热点之一。 本文系统地研究了间歇过程统计性能监控实施过程中的若干问题,提出了多种针对间歇过程具体数据特点的监控算法。具体包括: (1) 采用蒙特卡罗(Monte Carlo)实验系统地分析了PCA算法给出的统计量及其控制限的性质。在主元数目选择不合适或建模样本偏少的情况下,PCA算法的实际误警率将和理论值产生很大的差异。在理论上分析产生该差异的原因后,提出了一种二阶段PCA分析算法,并在理论上给出了其相关统计量分布情况的证明。实验结果表明,二阶段PCA算法有效克服了样本数目和主元数目对PCA监控结果造成的影响,其实际误警率更加吻合理论值。 (2) 提出了一种鲁棒多向主元分析(MPCA)算法,用于解决历史数据中存在离群点时的间歇过程统计性能建模问题。该方法通过引入抗差估计理论及投影寻踪算法有效地克服了离群点对监控模型的影响。传统主元分析(PCA)与多向主元分析算法基于过程数据的奇异值分解,在建模数据中存在离群点时,其主元方向会偏离实际方向,从而无法得到正确的监控模型并导致整个监控系统的失效。对Dupont间歇聚合反应过程的监控与故障诊断应用研究表明了鲁棒MPCA算法的有效性。 (3) 提出了步进MPCA算法用于多阶段间歇过程的性能监控。该方法通过建立一系列的PCA分析模型避免了传统MPCA算法在线监控时需要对未来数据进行预测的不足,基于数据相似性度量的遗忘因子的引入使得步进MPCA算法可以自然地推广到多阶段间歇过程。通过对多阶段链霉素发酵过程的监控应用表明,相对于传统MPCA,步进MPCA算法能够更精确地描述过程的行为。 (4) 提出一种微粒群一非高斯投影算法,该算法通过引入统计信号非高斯性的度量准则和基于微粒群优化的投影寻踪理论,解决了过程数据不满足正态分布时的统计性能监控问题。该方法将数据分解成一系列相互独立、非高斯递减的变量(独立成分)后进行 浙江大学博士学位论文 监控,其独立成分的数目及相应的统计控制限可以很方便地确定。通过在工业青霉素仿 真平台上的应用,证实了该算法的可行性和优越性。 (5)采用蒙特卡罗实验方法研究了数据动态性对监控系统性能的影响。证明了动态 PCA算法不能保证数据间的不相关性。针对数值例子的研究结果表明,PCA算法、动 态PCA算法及ARMA一PCA算法在数据出现相关性的情况下,其误警率都会不同程度 地偏离理论值。为此,提出了一种基于状态子空间建模的多维时间序列分析算法 (SI一PC人),给出了一种有效判断模型阶次的准则。该方法能够保证模型余差间的不相关 性,从而使得实际监控的误警率与理论值更加吻合。通过对TE过程的监控分析表明, 该方法能够有效地去除数据的动态性,从而获得更可靠的性能监控结果。 (6)对基于信号重构的传感器故障诊断算法进行了研究,给出了信号重构算法的一 般形式和重构信号的统计分布情况,并推导了基于信号重构算法进行故障诊断的可检测 与可分离性条件,定义了模型空间和余差空间的故障识别指标。通过CSTR仿真对象的 应用比较了不同信号重构算法的差异,验证了基于信号重构的传感器故障诊断算法的有 效性。 最后,在总结全文的基础上,对未来的研究课题和工作进行了展望。 关键词:间歇过程统计性能监控统计质量控制故障诊断主元分析
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TP277

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 刘兴红;邹志云;刘建友;刘景全;王志甄;;间歇过程的多变量统计性能监控技术综述[A];2009中国过程系统工程年会暨中国mes年会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 邵纪东;非线性过程监测中的数据降维及相关问题研究[D];浙江大学;2010年
2 衷路生;状态空间模型辨识方法研究[D];中南大学;2011年
3 张沐光;基于局部—全局结构分析的统计过程监测方法研究[D];浙江大学;2011年
4 刘育明;动态过程数据的多变量统计监控方法研究[D];浙江大学;2006年
5 周韶园;基于HMM的统计过程监控研究[D];浙江大学;2005年
6 赵旭;基于统计学方法的过程监控与质量控制研究[D];上海交通大学;2006年
7 付克昌;基于结构优化PCA的传感器故障诊断方法及其应用研究[D];浙江大学;2007年
8 葛志强;复杂工况过程统计监测方法研究[D];浙江大学;2009年
9 余建波;基于智能学习模型的制造过程质量控制理论与方法论研究[D];上海交通大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 于兴高;聚合反应釜内温度建模与在线校正策略的研究[D];大连理工大学;2010年
2 徐磊;基于混合PCA模型的多工况过程统计监测研究[D];浙江大学;2010年
3 齐晓宇;一类间歇生产过程仿真器的设计与开发[D];沈阳大学;2011年
4 周娟;基于MPCA方法的间歇过程故障检测[D];中国石油大学;2011年
5 金亮;基于二维动态核Hebbian算法的非线性过程故障检测方法研究[D];东北大学;2009年
6 董胜利;基于PLS/STATIS方法的间歇过程统计性能监控研究[D];浙江大学;2006年
7 赵春晖;注塑过程监控系统的设计与监测方法的研究[D];东北大学;2006年
8 张鹏;统计过程监控与质量控制应用软件的研发[D];上海交通大学;2008年
9 栾振华;工业实时数据库的应用设计及数据处理研究[D];浙江大学;2008年
10 郑望;多变量统计过程监控[D];北京化工大学;2008年
【参考文献】
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 阎子勤;刘一江;;周边红外防盗报警系统[J];安防科技;2009年07期
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3 吴国芳;王曼维;;数字农业土壤参数监测系统构建论析[J];安徽农业科学;2011年29期
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7 马传煜,王介生,张勇;多变量统计过程控制在浮选生产过程中的应用[J];鞍山科技大学学报;2005年Z1期
8 尹章圣,马晖;电视监控与电脑收费系统在船闸管理中的应用[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2003年04期
9 王敬生;郑晔;;基于Modbus的冷柜制冷温度控制系统[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2005年04期
10 王希娟;冯京晓;;基于主成分分析的合金加料回归模型的研究[J];兵器材料科学与工程;2008年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘羿彤;付梦印;高宏斌;;一种改进的PSO算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 李曙光;;粒子群算法在高速公路多路径费用拆分方法研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 袁铸钢;李永亮;于宏亮;;水泥回转窑检测参数的分类与识别[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 谭琳;文成林;;一种基于多模式的故障检测方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 范业坤;梁新荣;;基于粒子群优化的高速公路匝道PI控制器[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 丛亮;胡成全;郭宗鹏;姜宇;沙丽华;;基于模拟退火思想的基本粒子群算法改进[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 ;A Multiple Tuning Method for PID Controllers Using Constrained Particle Swarm Optimization[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
8 李勇刚;李浩;阳春华;王莎;;基于NIWVP-PSO的沉铁过程铁离子浓度软测量[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
9 丛佃伟;张锋;乔书波;;多种权函数固定临界值与可变临界值抗差估计的比较[A];中国测绘学会九届四次理事会暨2008年学术年会论文集[C];2008年
10 丛佃伟;张锋;乔书波;;多种权函数固定临界值与可变临界值抗差估计的比较[A];第十届中国科协年会论文集(一)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 曲建华;基于群体智能的聚类分析[D];山东师范大学;2010年
3 高雪瑶;语义特征造型的与历程无关技术的研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
4 吕宁;基于数据驱动的故障诊断模型及算法研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
5 杨红;污水生化处理的智能建模与优化控制策略应用研究[D];华南理工大学;2010年
6 孔令启;基于内外圈协同优化策略的间歇化工过程不确定性调度研究[D];华南理工大学;2010年
7 郝艳召;中观层次路网机动车排放动态量化评价研究[D];北京交通大学;2010年
8 彭宏;基于机器学习方法的数字音频水印技术研究[D];电子科技大学;2010年
9 邵纪东;非线性过程监测中的数据降维及相关问题研究[D];浙江大学;2010年
10 江刚武;空间目标相对位置和姿态的抗差四元数估计[D];解放军信息工程大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张杰;基于支持向量机和蛋白质全序列的蛋白质—蛋白质相互作用预测[D];郑州大学;2010年
2 姜婵娟;遥控式水下机器人PID运动控制算法优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 石丽丽;智能优化算法对比研究及其在船体双底结构优化中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 沈力华;基于智能优化算法的案例推理方法研究[D];大连理工大学;2010年
5 于兴高;聚合反应釜内温度建模与在线校正策略的研究[D];大连理工大学;2010年
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7 宋波;横轴式掘进机截割头设计过程及优化方法的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
8 吕明;等螺旋升角截齿排列截割头截割性能研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
9 刘琼;基于群体智能的聚类算法研究[D];长沙理工大学;2010年
10 马勤;基于群体智能算法的动态目标跟踪技术研究[D];天津理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 徐波,唐海龙,李行善;基于DTW的涡扇发动机气路故障定量诊断方法[J];北京航空航天大学学报;2004年06期
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴亚锋;子空间系统辨识方法及其在复杂结构中的应用[D];西北工业大学;2000年
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6 乐清洪;智能工序质量控制的理论与方法研究[D];西北工业大学;2002年
7 马义中;减小和控制多元质量特性波动的理论和方法[D];西北工业大学;2002年
8 谭天乐;基于粗糙集的过程建模、控制与故障诊断[D];浙江大学;2003年
9 陈国金;工业过程监控:基于主元分析和盲源信号分析方法[D];浙江大学;2004年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王莹;基于PROFIBUS总线的电厂数据采集系统[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 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
3 汤进举;注塑机微机控制系统研究[D];浙江大学;2002年
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5 姜喆;基于RT-Linux的嵌入式实时系统设计[D];浙江大学;2003年
6 高倩;丙烯聚合建模研究[D];浙江大学;2003年
7 章万锋;基于PCA与LDA的说话人识别研究[D];浙江大学;2004年
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10 马琳;聚合反应机理模型的建立及在聚丙烯生产流程模拟中的应用[D];北京化工大学;2000年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 唐旭东;夏薇;王伟;廖小平;;注射成型智能监控系统的研究[J];工程塑料应用;2007年11期
2 史雪龙;;浅析计算机监控系统在燃气行业中应用[J];电脑知识与技术;2009年02期
3 张丽萍;黄飞群;田丽玲;林心光;;基于PCA的火电厂湿法烟气脱硫系统的传感器故障诊断[J];福州大学学报(自然科学版);2011年02期
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6 张少捷;王振雷;钱锋;;基于LTSA的FS-SVDD方法及其在化工过程监控中的应用[J];化工学报;2010年08期
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10 薄翠梅;柏杨进;杨海荣;张广明;;多切面分类改进独立成份与支持向量机集成故障诊断方法[J];控制理论与应用;2012年02期
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】
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【相似文献】
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9 贺益君;群智能优化方法及其在化学化工中的应用研究[D];浙江大学;2008年
10 孔祥松;快速、低成本间歇过程无模型优化方法研究[D];浙江大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 褚菲;基于BDKPCA的间歇过程统计性能监控研究[D];东北大学;2009年
2 刘伟;基于子空间模型预测控制器的性能监控[D];中国石油大学;2011年
3 刘强;基于多元统计的间歇过程监控与故障诊断方法的研究与应用[D];浙江大学;2003年
4 常继百;民航发动机性能监控和预测方法研究[D];南京航空航天大学;2004年
5 张新征;复杂间歇过程模型智能辨识方法研究[D];郑州大学;2004年
6 孟艳;多阶段间歇过程监测中动态特性转变的识别方法的研究[D];北京化工大学;2010年
7 荆胜南;PVC聚合间歇过程控制[D];南京工业大学;2004年
8 荆志巍;间歇生产过程的控制系统设计及控制算法的研究[D];华北电力大学(河北);2003年
9 董胜利;基于PLS/STATIS方法的间歇过程统计性能监控研究[D];浙江大学;2006年
10 张光明;数据驱动的预测控制器性能监控[D];上海交通大学;2012年
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