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《浙江大学》 2005年
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基于HMM的统计过程监控研究

周韶园  
【摘要】:随着集散控制系统(DCS)在工业现场中的广泛应用以及测量技术不断提高,大量的过程数据被采集并存储下来。由于不需要建立过程机理模型,基于数据的过程监控方法近几年来成为过程控制领域的研究热点之一。理论上,过程数据包含任意时刻过程运行状况的完全描述,关键在于选择有效,方便的方法来提取和解释数据中的重要信息,从中不仅发现过程异常,而且还能分离出异常的根源。基于模式识别的过程监控方法主要由两步组成,第一步是从大量数据中提取过程特征信息;第二步使用分类器对过程特征信息进行匹配分类,检测和识别出过程中存在的故障。 本论文运用小波变换和主元分析(Principal Component Analysis,PCA)等方法对特征提取进行系统、深入的研究,基于隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model,HMM)进行过程故障识别,提出一些新的过程监控和故障诊断方法,具体包括: 1.提出一种基于小波变换和PCA的两步特征提取方法。通过小波变换的多尺度分析,提取过程数据的局部时频信息;使用PCA消除数据之间的统计相关性,达到优化降维目的。与PCA方法相比,经过两步特征提取方法得到的主元特征序列能更好地表征过程运行状况的本质特征信息。 2.使用HMM构建主元特征序列的统计模型。采用HMM的混合高斯分布函数和状态转移概率分别描述主元特征序列的非高斯性以及序列相关性;CSTR过程的仿真结果表明,基于HMM构建的主元特征序列的统计模型能够准确描述数据中的本质特征信息。 3.使用HMM进行故障识别研究。首先,使用过程历史数据训练得到各种过程故障工况对应的HMM;然后,通过小波变换和PCA从测试数据中提取主元特征序列;最后,应用HMM对主元特征序列进行分类,识别出过程中存在的故障类型。Tennessee Eastman过程的仿真结果表明,这种方法能对过程中出现的各种故障进行准确的分类和识别。 4.提出一种基于HMM的过程监控方法。PCA等大多数统计监控方法假设过程数据服从独立同分布,这在实际应用中很难满足。由于HMM具有双重随机特性,它不仅能够表征数据的动态特性,而且对数据非高斯性也有很强的描述能力。因此基于HMM的过程监控方法不需对数据分布做上述假设。使用移动时间窗口截取过程动态数据,可避免PCA方法根据单一数据点进行过程监控所造成的数据信息不足缺陷,有利于提高故障检测和诊断的准确性。Tennessee Eastman过程的仿真结果表
【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】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 李荣雨;基于PCA的统计过程监控研究[D];浙江大学;2007年
2 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
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前8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
2 凌旭峰,杨杰,叶晨洲;基于支撑向量机的人脸识别技术[J];红外与激光工程;2001年05期
3 黄启明,钱宇,林伟璐,李秀喜;化工过程故障诊断研究进展[J];化工自动化及仪表;2000年03期
4 王海清,宋执环,王慧;PCA过程监测方法的故障检测行为分析[J];化工学报;2002年03期
5 李元,谢植,周东华;基于CMPCA的化工生产过程性能监测与故障诊断[J];信息与控制;2004年02期
6 王海清,宋执环,李平;主元分析方法的故障可检测性研究[J];仪器仪表学报;2002年03期
7 王海清,宋执环,王慧,詹宜巨;小波阈值密度估计器的设计与应用[J];仪器仪表学报;2002年01期
8 郭明,谢磊,何宁,王树青;一种基于ICA-SVM的故障诊断方法[J];中南大学学报(自然科学版);2003年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 谢磊;间歇过程统计性能监控研究[D];浙江大学;2005年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王邦元,王年,吴先良,汪炳权;一种基于高斯小波变换的红外热图象阈值自动选择方法[J];安徽大学学报(自然科学版);2000年02期
2 张根耀,李竹林,赵宗涛;遮挡情况下运动目标的跟踪[J];安徽大学学报(自然科学版);2003年03期
3 马战宝;孙书咏;付永平;;基于RS232-RS422/485通信接口的远程称重数据采集方法的研究[J];安康师专学报;2006年04期
4 马飞,程遐年;害虫预测预报研究进展(综述)[J];安徽农业大学学报(自然科学版);2001年01期
5 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
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7 张贵,乔春生;应用支持向量机回归确定岩体强度指标[J];北方交通大学学报;2004年01期
8 李翠霞,于剑;一种模糊聚类算法归类的研究[J];北京交通大学学报;2005年02期
9 谢纪刚;裘正定;;非平衡数据集Fisher线性判别模型[J];北京交通大学学报;2006年05期
10 周洪煜,张坚;基于改进Elman网络的自适应预测函数控制[J];兵工自动化;2003年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张韵;张燕;苗艳华;蒲金霞;;提升小波在笔迹鉴别中的应用[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(上册)[C];2008年
2 罗仁泽;王汝言;冉瑞生;;二维PCA法策略及证明[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(上册)[C];2008年
3 郭锋;刘丽丽;吕凝;;基于LLE和SVM的人像识别方法[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(上册)[C];2008年
4 郑玲红;潘玉松;;PCA故障检测方法在火电厂生产过程中的应用[A];广西电机工程学会第九届青年学术论坛论文集[C];2006年
5 潘萍;付子义;刘辉;宗群龙;;分段式永磁直线同步电动机垂直提升控制系统设计[A];第十九届电工理论学术年会论文集[C];2007年
6 陈剑雪;于水;侍洪波;;化工过程远程故障诊断系统多Agent建模研究[A];2002中国控制与决策学术年会论文集[C];2002年
7 孙京诰;李宏光;杨欣斌;黄道;;远程分布式化工过程故障诊断技术研究[A];2003中国控制与决策学术年会论文集[C];2003年
8 张祥东;钱锋;;汽油调合的辛烷值(RON)估算方法综述[A];第二十四届中国控制会议论文集(上册)[C];2005年
9 苏涛;姚凯学;龙意忠;;基于Fuzzy-PI双模控制的控制系统[A];第二十四届中国控制会议论文集(下册)[C];2005年
10 郝慧;王南华;;小波分析在载人飞船GNC系统故障诊断中的应用[A];第二十四届中国控制会议论文集(下册)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴艳;多传感器数据融合算法研究[D];西安电子科技大学;2003年
2 张润峰;FNS对MI大鼠HRV和心脏神经重构的作用及部分机制探讨[D];重庆医科大学;2004年
3 李艳;制浆蒸煮过程纸浆卡伯值软测量技术研究与应用[D];华南理工大学;2003年
4 水鹏朗;广义内插小波和递归内插小波理论及应用的研究[D];西安电子科技大学;1998年
5 傅瑜;小波分析在旋转机械故障诊断中的应用[D];西安电子科技大学;1998年
6 杨选辉;非稳态非线性信号处理理论和方法在地震资料分析中的应用研究[D];中国地震局地球物理研究所;2000年
7 焦邵华;电网智能保护新技术的研究[D];华北电力大学;2000年
8 杨新星;多子波信号处理方法研究[D];西安电子科技大学;2000年
9 康士峰;地海面微波散射和传播特性研究及其在雷达和遥感中的应用[D];西安电子科技大学;2000年
10 吕铁军;通信信号调制识别研究[D];电子科技大学;2000年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王夏黎;视频交通流检测及车辆识别系统的设计与实现[D];西北大学;2001年
2 施健;工业过程统计建模与监控方法研究[D];浙江大学;2006年
3 叶海涛;复杂工业过程的故障诊断与报警系统的设计[D];河海大学;2006年
4 胡婕;小波变换在数据处理和故障诊断中的应用[D];浙江工业大学;2007年
5 吴希军;基于主元分析方法的空调系统传感器故障诊断研究[D];燕山大学;2005年
6 李鹏;独立分量分析与支持向量机在人脸识别技术中的应用研究[D];青岛科技大学;2005年
7 孙海波;基于人脸识别的身份查询原型系统的设计与开发[D];大连理工大学;2005年
8 沈金国;石油化工过程人工介入控制系统的应用研究[D];湘潭大学;2005年
9 刘道敏;分布式多元统计监测系统的研究与实现[D];南京航空航天大学;2005年
10 李琪;小波分析及地震磁效应[D];中国地震局地球物理研究所;2000年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 章兢,张小刚,刘小燕;回转窑集成智能控制系统[J];电工技术学报;2002年04期
2 邹健,诸静;模糊预测函数控制在水泥回转窑分解炉温控系统中的应用研究[J];硅酸盐学报;2001年04期
3 韩大平;林国海;杜钢;韩振;;模糊PID控制算法在回转窑温度控制中的应用[J];材料与冶金学报;2005年04期
4 张小刚,陈华,章兢;基于多传感器数据融合的回转窑烧结温度检测和控制方法[J];控制与决策;2002年06期
5 杨帆;王志坚;娄渊胜;;时间序列趋势分析方法的一种改进[J];计算机技术与发展;2006年05期
6 马爱纯,周孑民,孙志强,李旺兴;氧化铝熟料窑内一维传热模型[J];冶金能源;2004年01期
7 李平,汪秉宏;DNA序列分析法在金融数据时间序列中的应用[J];中国科学院研究生院学报;2003年02期
8 吴小培,李晓辉,张道信;多变量数据分析及应用研究[J];电子测量与仪器学报;2004年01期
9 李尔国,俞金寿;PCA在过程故障检测与诊断中的应用[J];华东理工大学学报;2001年05期
10 柴天佑,金以慧,任德祥,邵惠鹤,钱积新,李平,桂卫华,郑秉霖;基于三层结构的流程工业现代集成制造系统[J];控制工程;2002年03期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 冯长建;HMM动态模式识别理论、方法以及在旋转机械故障诊断中的应用[D];浙江大学;2002年
2 易正明;氧化铝回转窑热工分析与控制应用研究[D];中南大学;2007年
3 翟永杰;基于支持向量机的故障智能诊断方法研究[D];华北电力大学(河北);2004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 牛征;基于多元统计分析的火电厂控制系统故障诊断研究[D];华北电力大学(河北);2006年
6 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
7 柳新民;机电系统BIT间歇故障虚警抑制技术研究[D];国防科学技术大学;2005年
8 李刚;知识发现的图模型方法[D];中国科学院软件研究所;2001年
9 王海清;工业过程监测:基于小波和统计学的方法[D];浙江大学;2001年
10 李俭;大型电力变压器以油中溶解气体为特征量的内部故障诊断模型研究[D];重庆大学;2001年
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1 马光柏;氧化铝回转窑热工仿真的研究及应用[D];中南大学;2006年
2 向虹;基于HMM的协议异常检测技术研究[D];北京交通大学;2007年
3 陈勇;基于多元统计分析的生产过程故障诊断研究[D];浙江大学;2003年
4 李然;粒计算的高效知识约简算法与缺失数据处理[D];兰州大学;2006年
5 李明;基于多元统计分析的故障诊断方法及其应用研究[D];山东大学;2006年
6 张海洋;定性趋势分析在故障诊断中的应用研究[D];北京化工大学;2007年
7 梁霞;缺失数据的多重插补及其改进[D];中南大学;2007年
8 沈启霞;含缺失数据的线性模型回归系数的约束EM算法[D];南京航空航天大学;2007年
9 曲爱妍;数据驱动技术对间歇生产过程实时状态监测的研究[D];南京航空航天大学;2004年
10 高岩;化工过程故障诊断方法应用研究[D];江南大学;2005年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 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
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 马君;基于数据驱动的流程工业过程故障检测算法研究[D];沈阳大学;2007年
2 范少荟;主元分析的若干扩展方法研究[D];河南大学;2008年
【二级参考文献】
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1 谢磊,何宁,王树青;步进MPCA及其在间歇过程监控中的应用[J];高校化学工程学报;2004年05期
2 戴树和;化工装置在线检查诊断中的非精确性推理[J];化工学报;1994年02期
3 王海清,宋执环,王慧;PCA过程监测方法的故障检测行为分析[J];化工学报;2002年03期
4 陈国金,梁军,钱积新;独立元分析方法(ICA)及其在化工过程监控和故障诊断中的应用[J];化工学报;2003年10期
5 陈治纲,许超,邵惠鹤;间歇过程优化与先进控制综述[J];化工自动化及仪表;2003年03期
6 凌旭峰,杨杰,叶晨洲;基于支撑向量机的人脸识别技术[J];红外与激光工程;2001年05期
7 杨竹青,李勇,胡德文;独立成分分析方法综述[J];自动化学报;2002年05期
8 李元,王纲;基于动态时间错位的多元批次轨迹同步化[J];上海海运学院学报;2001年03期
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10 刘兴高,徐用懋;精细化工发展的关键技术——模型化、控制与优化研究[J];现代化工;2001年08期
【相似文献】
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1 范建华;张立君;;基于小波变换和中值滤波器的主元分析方法[J];河南科学;2008年09期
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4 孟凡斌;唐圣学;谭子尤;;基于小波和主元分析的容差电路的故障诊断方法[J];微电子学与计算机;2010年11期
5 邹国平;虞安军;黄铮;;基于SVM和小波边缘检测的车型图像识别[J];交通标准化;2007年11期
6 郭金玉;苑玮琦;;基于局部保持投影的掌纹识别[J];光学学报;2008年10期
7 杨马英,王树青,王骥程;小波变换和主元分析在动态矩阵控制算法中的应用[J];信息与控制;1997年06期
8 高西奇,周洪祥,何振亚;基于小波变换的主元分析人脸图象识别[J];东南大学学报;1996年02期
9 郭金玉,赵立杰,王纲;多尺度主元分析方法在数据校正中的应用[J];沈阳化工学院学报;2003年01期
10 刘丽敏;潘立登;;小波神经网络在过程控制中的应用[J];计算机仿真;2007年04期
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2 王秀碧;黄晓莉;刘永春;;基于小波变换的多尺度边缘检测[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集(3)[C];2008年
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4 鲍文;刘金福;祝豪;;基于小波变换的电厂实时数据压缩存储系统[A];2004电站自动化信息化学术技术交流会议论文集[C];2004年
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7 吴昊;曾国卿;;一种基于Haar小波的图像处理技术[A];2006“数学技术应用科学”[C];2006年
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10 尹强;;一种基于粒子群算法的半脆弱水印方法[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(上册)[C];2008年
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1 吴玉田殷学平;中药质量控制又添新武器——小波变换近红外光谱分析系统[N];中国医药报;2004年
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4 陈尔香;在烟草化学王国里驰骋[N];经理日报;2006年
5 ;能否利用潮汐预测地震[N];科技日报;2008年
6 张东方;沙明;杨松松;人工神经网络在中药领域中的应用[N];中国医药报;2003年
7 清华同方视讯公司 袁野;基于嵌入式技术的网络视频监控系统[N];计算机世界;2002年
8 李子亭王雅青;在线故障测距技术获国家发明奖[N];淄博日报;2008年
9 无暇;EVD推荐性标准终结“专利尴尬”[N];中国经济导报;2005年
10 ;以太网进入10G时代[N];人民邮电;2002年
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1 周韶园;基于HMM的统计过程监控研究[D];浙江大学;2005年
2 李少梅;数字地貌晕渲理论与技术的研究[D];解放军信息工程大学;2004年
3 王强;基于声信号检测的管道TPD预警系统研究[D];浙江大学;2005年
4 姜朝阳;作物冠层传输过程中的时间序列分析与阻力估算[D];中国科学院研究生院(上海生命科学研究院);2003年
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7 董卫军;基于小波变换的图像处理技术研究[D];西北大学;2006年
8 姜长泓;轨道车辆轮轴故障检测系统研究[D];吉林大学;2006年
9 李丽明;瞬态诱发耳声发射(TEOAE)识别与分析新方法的应用基础研究[D];中国协和医科大学;1997年
10 修吉宏;基于图像功率谱的航空图像质量判别技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 钟艳华;JPEG2000中DWT的VLSI结构设计[D];国防科学技术大学;2010年
2 海洋;基于不可分小波变换的指纹增强[D];华中科技大学;2010年
3 杨旭;基于小波变换的综合滤波法去噪声[D];昆明理工大学;2010年
4 廖重贵;小波分析在变形监测中的应用研究[D];江西理工大学;2010年
5 钟读贤;小波矩量法在电磁散射问题求解中的应用研究[D];安徽大学;2010年
6 丁西明;基于小波变换的图像增强研究[D];安徽大学;2010年
7 蔡娜;小波变换在THz时域光谱技术中的应用[D];河北工程大学;2010年
8 李娜;基于小波变换和自适应算法的声学回声消除理论与应用研究[D];昆明理工大学;2010年
9 姚付良;基于小波变换的数字水印技术研究[D];解放军信息工程大学;2008年
10 刘美丽;基于小波变换的图像去噪方法的研究[D];长春工业大学;2010年
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