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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

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 万福才;鄂佳;;统计过程监控综述[J];沈阳大学学报;2009年03期
2 卓东风;原媛;;小波包变换和隐马尔科夫模型(HMM)在液压系统故障预测中的应用[J];山西大学学报(自然科学版);2013年03期
3 刘小成;孙健;;基于HMM模型的滚动轴承故障分析[J];微计算机信息;2010年16期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 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
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
3 李荣雨;基于PCA的统计过程监控研究[D];浙江大学;2007年
4 张曦;基于统计理论的工业过程综合性能监控、诊断及质量预测方法研究[D];上海交通大学;2008年
5 许丽佳;电子系统的故障预测与健康管理技术研究[D];电子科技大学;2009年
6 葛志强;复杂工况过程统计监测方法研究[D];浙江大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 王晓华;过程监控与故障诊断的ICA_MPCA方法[D];大连理工大学;2008年
2 陈铭;基于LS-SVM的复杂工业过程故障诊断方法研究[D];南京理工大学;2009年
3 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
4 王宁;多采样率数据下的主元分析及其在过程监测中的应用[D];东北大学;2011年
5 朱宇涵;基于DDAG的FDA故障诊断方法研究与应用[D];东北大学;2010年
6 林祈元;基于HMM的回转窑喂煤量趋势预测[D];湖南大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 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
2 杨忠明,黄道,王行愚;连续化工生产过程CIPS的理论与实践[J];信息与控制;1999年01期
3 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
4 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
5 郭明,谢磊,何宁,王树青;一种基于ICA-SVM的故障诊断方法[J];中南工业大学学报(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 林大辉;陈秋妹;宁正元;;基于支持向量机的栗属树种分类研究[J];莆田学院学报;2009年05期
2 宋婉娟;;基于支持向量机的手写数字串识别[J];湖北第二师范学院学报;2010年02期
3 柯磊,谭佳峰;微弱信号提取中的小波方法研究[J];攀枝花学院学报;2005年03期
4 孙蕾;温有奎;;一种改进的SVM算法在决策分析中的应用[J];情报理论与实践;2006年06期
5 刘丙杰,刘勇志;基于模糊神经网络的弹道导弹测发控系统故障诊断[J];情报指挥控制系统与仿真技术;2003年06期
6 葛永,陈建安;基于正交小波包和K-L变换的水声信号特征提取与识别[J];情报指挥控制系统与仿真技术;2005年02期
7 马岑睿;严聪;张志峰;;复杂导弹武器装备通用层次模块化诊断模型[J];指挥控制与仿真;2006年02期
8 周永生;张肖斌;;基于支持向量机的雷达弹道外推方法仿真研究[J];指挥控制与仿真;2006年03期
9 熊杰;;基于D-S证据理论的机载雷达模糊识别方法[J];指挥控制与仿真;2006年04期
10 刘丙泉;梁静国;;FCM-SVM组合方法在不平衡信息识别中的应用[J];情报杂志;2008年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王海强;袁明;孙雪军;;焦炉四大车可视化编程技术[A];2011年河北省炼铁技术暨学术年会论文集[C];2011年
2 刘志斌;金连文;;候选字静态生成技术及其在两级LDA汉字识别中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 张彬;金连文;;基于AdaBoost的手写体汉字相似字符识别[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 吕蓬;柳亦兵;马强;魏于凡;;支持向量机在齿轮智能故障诊断中的应用研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 梁禹;王义刚;王娜;;基于支持向量机的电力电子电路故障诊断[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 刘士荣;何文波;;基于强跟踪粒子滤波器的非线性系统故障诊断[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 胡文金;周东华;;基于输入等价干扰的DC-DC变换器自适应控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 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
9 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
10 刘华;张建华;王娆芬;王行愚;;人机系统操作员功能状态的模糊聚类方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 夏全喜;车载组合导航系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李高云;大型船舶航向/航迹智能容错控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 梁洪;基于内容的医学图像检索及语义建模关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 任桢;图像分类任务的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 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
7 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 乔小燕;基于生物形态学的赤潮藻显微图像分割与特征提取研究[D];中国海洋大学;2010年
9 陈志国;基于群体智能的机器视觉的关键技术研究[D];江南大学;2010年
10 王晓明;基于统计学习的模式识别几个问题及其应用研究[D];江南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杜二玲;拟概率空间上等均值噪声下统计学习理论的理论基础[D];河北大学;2007年
2 朱杰;一种基于聚类的支持向量机反问题求解算法[D];河北大学;2007年
3 李斌;基于组态技术和VVVF的驱动控制的连铸机监控系统的研究[D];安徽工程大学;2010年
4 况清龙;基于逆变器的直流无源滤波器的优化设计及其可视化算法[D];南昌航空大学;2010年
5 廖甜甜;白细胞图像语义识别分类的研究[D];南昌航空大学;2010年
6 黄正荣;基于振动波的高速公路车辆行驶状态辨识理论研究[D];南昌航空大学;2010年
7 刘棉;人机划拳系统的实现[D];山东科技大学;2010年
8 刘桂珍;颅骨三维重建与信息提取[D];山东科技大学;2010年
9 蒲锰;非侵入式矿井提升机PLC电控系统实时故障诊断方法的研究[D];山东科技大学;2010年
10 张海峰;空间三维信息重构与飞行器路径规划[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 冯雄峰,阳宪惠,徐用懋;多元统计过程控制方法的平方预测误差分析[J];清华大学学报(自然科学版);1999年07期
2 张建明;曾建武;谢磊;王树青;;基于粗糙集的支持向量机故障诊断[J];清华大学学报(自然科学版);2007年S2期
3 刘业翔;互联网上最新轻金属动态[J];轻金属;2001年01期
4 徐军,陈学森;我国铝工业现状及今后发展建议[J];轻金属;2001年10期
5 黄景德,王兴贵,王祖光;反后坐装置漏液漏气故障分析模糊评价[J];润滑与密封;2000年06期
6 慕春棣,tsinghua.edu.cn,戴剑彬,叶俊;用于数据挖掘的贝叶斯网络[J];软件学报;2000年05期
7 赵士伟;赵明波;陈平;;基于COM的MATLAB与C#.NET混合编程的实现与应用[J];山东理工大学学报(自然科学版);2006年04期
8 翁玉凤,邵惠鹤,李宏阳,许建东;应用离散Karhunen-Loeve法选择丙烯浓度的辅助变量[J];上海交通大学学报;1999年03期
9 程惠涛,黄文虎,姜兴渭;基于灰色模型的故障预报技术及其在空间推进系统上的应用[J];推进技术;1998年03期
10 宝音贺喜格,姜兴渭,黄文虎;基于模型的故障诊断方法在飞船推进系统中的应用[J];推进技术;1999年04期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 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
4 张登峰;动态系统的故障检测与诊断研究[D];南京理工大学;2003年
5 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
6 廖瑞金;变压器绝缘故障诊断黑板型专家系统和基于遗传算法的故障预测研究[D];重庆大学;2003年
7 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
8 郭明;基于数据驱动的流程工业性能监控与故障诊断研究[D];浙江大学;2004年
9 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
10 何宁;基于ICA-PCA方法的流程工业过程监控与故障诊断研究[D];浙江大学;2004年
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 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
3 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
4 高岩;化工过程故障诊断方法应用研究[D];江南大学;2005年
5 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
6 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
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 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
9 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
10 梁霞;缺失数据的多重插补及其改进[D];中南大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张弦;王宏力;;局域极端学习机及其在状态在线监测中的应用[J];上海交通大学学报;2011年02期
2 李万领;孟晨;杨锁昌;杨森;;基于改进灰色模型的故障预测研究[J];中国测试;2012年02期
3 万福才;鄂佳;;统计过程监控综述[J];沈阳大学学报;2009年03期
4 陈海彬;郭金玉;谢彦红;;基于改进K-means聚类的kNN故障检测研究[J];沈阳化工大学学报;2013年01期
5 卓东风;原媛;;小波包变换和隐马尔科夫模型(HMM)在液压系统故障预测中的应用[J];山西大学学报(自然科学版);2013年03期
6 张弦;王宏力;张金生;孙渊;;状态时间序列预测的贝叶斯最小二乘支持向量机方法[J];西安交通大学学报;2010年10期
7 李万领;孟晨;许克君;;基于灰色模型的故障预测方法研究[J];宇航计测技术;2011年02期
8 周俊杰;王德功;常硕;;基于改进GM(1,1)模型的雷达故障预测[J];装备维修技术;2010年03期
9 陈如清;;基于改进MVU的非线性动态过程故障检测方法[J];仪器仪表学报;2013年09期
10 罗宇锋;刘洁;刘勇;;基于RBF和BP神经网络的DTG全解耦方法比较[J];微型电脑应用;2013年12期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 罗航;故障树分析的若干关键问题研究[D];电子科技大学;2011年
2 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
3 张进春;气流床煤气化工艺性能稳健优化与控制研究[D];中南大学;2011年
4 许洁;基于统计理论的工业过程性能监控与故障诊断研究[D];南京航空航天大学;2010年
5 叶鲁彬;工业过程运行安全性能分析与在线评价的研究[D];浙江大学;2011年
6 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
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 于明;DDoS攻击流及其源端网络自适应检测算法的研究[D];西安电子科技大学;2007年
9 杨燕;基于主分量和独立分量分析的结构信号处理和损伤识别研究[D];武汉理工大学;2008年
10 文耀锋;一种实时的跌倒姿态检测和心率监护系统的研究[D];浙江大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张剑;基于FA-KICA算法的平整花故障监测的研究与实现[D];华东理工大学;2011年
2 刘丽君;基于支持向量机和免疫算法的故障检测与诊断[D];华东理工大学;2011年
3 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
4 姬鹏飞;发酵过程多阶段统计监控方法的应用研究[D];江南大学;2011年
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6 王璐;随机DBPSO-AO~*测试性分析算法研究[D];江西农业大学;2011年
7 满翔;故障预测与健康管理系统中基于RFID的数据采集节点设计[D];电子科技大学;2011年
8 辛欢欢;基于Fisher判别分析的过程监控方法研究[D];中国石油大学;2011年
9 杨媛媛;电力电子电路参数辨识与故障预测方法研究[D];南京航空航天大学;2011年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 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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3 张泉灵,金晓明,王树青,荣冈,陈元青;基于主元分析和模糊模型的链霉素发酵过程建模[J];无锡轻工大学学报;2000年05期
4 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
5 林伟璐,钱宇;现代集成过程系统[J];现代化工;1999年07期
6 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
7 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
8 谢磊,张泉灵,王树青,张智焕;基于多模型的自适应预测函数控制[J];浙江大学学报(工学版);2003年02期
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