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《华中科技大学》 2005年
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面向统计过程控制的成分提取技术研究与应用

郭振华  
【摘要】:统计过程控制(SPC)借助统计成分提取技术监测生产过程的稳定性,是先进制造系统的重要组成部分,也是先进质量控制的重要工具。成分提取技术是一类研究多变量数据内部统计规律,揭示数据内在低维本质信息的统计分析技术,更是统计过程控制的关键支撑技术。本文以统计过程控制为应用背景,深入研究了以二阶统计量方差和高阶统计量为算法性能指标的主成分和独立成分提取技术,并应用于化工过程和半导体封装过程的监控、故障诊断和系统降维等方面。 论文首先分析了在高斯分布下经典主成分分析(MSE-PCA)建立的主成分模型具有最小均方误差和最小残差熵性质。熵是比方差更通用的系统不确定性度量,最大熵原理要求系统主成分模型应该具有最小残差熵,但MSE-PCA对非高斯数据所建立的主成分模型不具有最小残差熵。依据最大熵原理,论文提出了一种主成分模型具有最小残差熵的改进型主成分提取方法(MEE-PCA)。MEE-PCA先以MSE-PCA确定基本主成分模型,再利用遗传算法优化所保留的主特征向量,使得主成分模型的残差熵最小。并以多变量四水箱过程为实例,描述了MEE-PCA在统计过程监控及故障诊断中的应用,验证了MEE-PCA方法比MSE-PCA的优越性。 依据随机逼近理论和Hebb学习规则,论文深入分析了以神经网络实现主成分提取的算法,论述了具有更强非线性数据降维能力的非线性主成神经网络算法。结合自关联线性主成分提取神经网络(MSE-PCNN)和非线性主成分提取思想,提出一种以最小残差熵为指标的自关联非线性主成分提取神经网络(MEE-PCNN),给出基于Parzen窗口密度函数估计的微分熵近似计算方法。基于信息最大化(Infomax)原理,论证了MSE-PCNN方法和MEE-PCNN方法在高斯分布情况下的等价性。以四水箱过程为实例,对比分析了经典PCA和非线性主成分神经网络的降维能力。用非高斯数据仿真验证了MEE-PCNN方法能有效地进行非高斯数据降维和信号盲源提取。 针对独立非高斯性信号混和数据的压缩降维与盲源提取问题,总结了几种基于最大非高斯性或信息熵度量指标的独立成分分析(ICA)算法,论证了最大似然估计ICA算法、最大负熵ICA算法和最小互信息ICA算法之间的等价性。结合非线性主成分提取网络的降维思想和信息最大化(Infomax)原则,论文提出一种以Renyi熵最大化作为指标的主独立成分提取网络(PICNN)算法,用于同时对非高斯混和数据降维压缩和独立成分提取。以田纳西-伊斯曼过程为应用实例,验证了ICA算法在过程故障检测和诊断中应用的优越性。用非高斯数据仿真分析了PICNN算法在信号降维和盲信号重构中应用的有效性。 统计成分提取技术常被用于基于知识或信号的数值分析类故障诊断方法中,却难以被用于基于模型的数学解析类故障诊断方法中。论文提出一种高维随机动态系统降维和基于观测器的故障诊断算法。该算法首先用成分提取技术对高维解析模型降维逼近,然后设计状态观察器,通过选择适当的自适应调节规律,保证所选择的李亚普诺夫函数能单调递
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TP274

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 马超;仓储管理中质量控制理论的应用研究[D];西南交通大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 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
2 赵翼翔;面向半导体封装的点胶系统建模、控制与实现[D];华中科技大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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6 张海英,王昆,潘永湘;一种基于免疫遗传神经网络的盲信号分离方法[J];燕山大学学报;2005年04期
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9 张春凤,徐军,钟守铭;一类神经网络系统的渐近行为[J];电子科技大学学报;2004年01期
10 罗万伯;罗霄岚;陈炜;彭舰;吴端培;;K子空间和时延自相关器的英汉音素识别[J];电子科技大学学报;2006年01期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
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4 刘井波;陈文宇;孙世新;;基于SOM特征映射图同步区域生长的远程故障诊断方法[A];2008'中国信息技术与应用学术论坛论文集(一)[C];2008年
5 李凡军;魏海坤;宋文忠;;动态主元分析在上市公司财务困境预测中的应用[A];全国自动化新技术学术交流会会议论文集(一)[C];2005年
6 朱孔伟;曹鸣;;基于PCA的火电厂锅炉过程故障检测与诊断[A];全国自动化新技术学术交流会会议论文集(一)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 绽琨;脉冲发放皮层模型及其应用[D];兰州大学;2010年
2 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
3 甘良志;核学习算法与集成方法研究[D];浙江大学;2010年
4 王安定;基于阵列信号处理的空间多目标跟踪[D];浙江大学;2010年
5 李灯熬;基于循环平衡理论的盲源分离算法[D];太原理工大学;2010年
6 钱鹏江;大规模数据集聚类方法研究及应用[D];江南大学;2011年
7 张金萍;基于IANN的县域农业可持续性预警模型研究[D];河南大学;2011年
8 刘波平;近红外光谱技术在多组分检测及模式识别中的应用研究[D];南京理工大学;2011年
9 邓鹏程;基于数据的铅锌熔炼过程自适应在线监控与故障诊断[D];中南大学;2011年
10 蒋玲莉;基于核方法的旋转机械故障诊断技术与模式分析方法研究[D];中南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 董雪飞;肥城矿业集团机械厂生产过程质量控制研究[D];山东科技大学;2010年
2 闫寿江;Oja-Xu MCA跳步归一化算法的收敛性分析[D];大连理工大学;2010年
3 薛婷婷;塔式起重机状态监测与故障诊断方法研究[D];沈阳理工大学;2010年
4 陈冬梅;基于流形学习的人脸特征提取算法研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
5 张云鹏;发动机机械故障诊断系统特征提取算法研究[D];长春工业大学;2010年
6 王坤;工业装置非高斯过程的性能监控与故障诊断[D];华东理工大学;2011年
7 李健;基于ICA域的泊松噪声消除算法以及在CT成像中的应用[D];中南林业科技大学;2008年
8 李想;基于主元分析的工业过程故障诊断算法研究[D];沈阳大学;2010年
9 吴勇军;基于盲信号分离的齿轮系统故障诊断研究[D];石家庄铁道学院;2008年
10 殷英;基于贝叶斯的盲信号分离理论及应用[D];电子科技大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 包菊芳;;基于精益和六西格玛的物流管理[J];物流技术;2008年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 邱仁辉;纸浆模塑制品成型机理及过程控制的研究[D];东北林业大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘旭华;6西格玛管理法及其应用[D];北京工业大学;2003年
2 韩国灿;统计过程控制技术(SPC)在挤出过程中的应用[D];北京化工大学;2004年
3 孙勇;统计过程控制方法在汽车配件行业的应用研究[D];华中科技大学;2005年
4 张远;六西格玛管理在物流企业中应用的研究[D];吉林大学;2006年
5 于洪彬;六西格玛管理在我国制造企业中的应用研究[D];河海大学;2007年
6 崔田华;过程控制理论在采购物流中的应用研究[D];同济大学;2006年
7 蔡光锋;多元统计过程控制在印版生产过程中的应用研究[D];上海交通大学;2006年
8 卫依煌;仓储流程与配置优化仿真研究[D];上海海事大学;2007年
9 何伟;中药生产过程控制系统的设计与实现[D];湖南大学;2008年
10 赵朋霞;山东省女子手球队体能训练过程控制与对策研究[D];曲阜师范大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 康仁科,郭东明,霍风伟,金洙吉;大尺寸硅片背面磨削技术的应用与发展[J];半导体技术;2003年09期
2 李枚;微电子封装技术的发展与展望[J];半导体杂志;2000年02期
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【相似文献】
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1 郑宇杰,杨静宇,吴小俊,於东军;基于独立成分分析和模糊支持向量机的人脸识别方法[J];系统仿真学报;2005年07期
2 赵明华,游志胜,吕学斌,穆万军;基于ICA和FLD相结合的人脸识别[J];计算机应用研究;2005年08期
3 周勇;罗竞佳;程春田;;基于PCA/ICA的多数据流关联及模式发现[J];计算机工程;2010年11期
4 李明明;周可法;孙莉;秦艳芳;孙雷刚;王桂钢;;基于ICA的遥感蚀变信息提取方法的研究[J];干旱区地理;2011年02期
5 孙娟红;李文举;冯宇;韦丽华;;基于独立成分分析和模糊支持向量机的车标识别新方法[J];微型机与应用;2011年13期
6 余晓梅;徐丹;;基于外观的子空间人脸识别方法研究[J];计算机应用研究;2007年05期
7 曹恒智;余先川;张立保;;基于SL-ICA算法的SAR图像混合像元分解[J];遥感学报;2009年02期
8 范燕;祁云嵩;宋晓宁;;一种基于独立成分分析和径向基神经网络的人脸识别新方法[J];江苏科技大学学报(自然科学版);2006年04期
9 陈洋;王润生;;结合Gabor滤波器和ICA技术的纹理分类方法[J];电子学报;2007年02期
10 郭金玉;苑玮琦;;基于独立成分分析的掌纹识别[J];光电工程;2008年03期
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1 李明明;周可法;;基于独立成分法的遥感蚀变信息提取研究——以新疆包古图矿区为例[A];中国遥感应用协会2010年会暨区域遥感发展与产业高层论坛论文集[C];2010年
2 陈伟福;冯国灿;;局部光滑主成分分析[A];第十五届全国图象图形学学术会议论文集[C];2010年
3 陈明星;缪柏其;靳韬;;利率影响因素的主成分分析与因子分析[A];中国现场统计研究会第12届学术年会论文集[C];2005年
4 胡汪洋;景玎;冯民;于宏民;;沈阳市自然资源评价研究[A];科学发展与社会责任(B卷)——第五届沈阳科学学术年会文集[C];2008年
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6 任丽娜;翟宇梅;王力维;;选择最优预报因子对华北1月份温度进行预报[A];第28届中国气象学会年会——S5气候预测新方法和新技术[C];2011年
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8 曹新向;苗长虹;;休闲城市评价指标体系及其应用研究[A];中国地理学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
9 吕青涛;仲晓宁;张兆旺;孙秀梅;容蓉;;乙肝颗粒剂指纹图谱-模式识别研究[A];2011年中国药学大会暨第11届中国药师周论文集[C];2011年
10 孙洪元;杜文侠;刘克嘉;;人体健康功能态的主成分分析[A];第四届全国人—机—环境系统工程学术会议论文集[C];1999年
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3 本报记者 刘霞;实时监控 防患未然[N];中国质量报;2009年
4 王新亮 王娟;今年上半年股价涨幅前20上市公司绩效分析(上)[N];财会信报;2007年
5 记者 刘霞;点击鼠标实现过程分析[N];中国质量报;2009年
6 麦西·查克博(Manash Chakrabory) 布雷克利(Joseph Blakely) 编译 霍娜 贺洁;柯达ISS:单独批次也可实时跟踪[N];中国计算机报;2009年
7 刘晓东;日本“魔水”来宁“点污成金”[N];江苏经济报;2007年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郭振华;面向统计过程控制的成分提取技术研究与应用[D];华中科技大学;2005年
2 姚焕玫;基于GIS技术的湖泊水质污染综合评价的研究[D];武汉大学;2005年
3 刘凯;提升西安城市竞争力的系统研究[D];西北工业大学;2007年
4 张旭明;产业集群持续成长因素分析与实证研究[D];吉林大学;2008年
5 尹春丽;昌黎原产地葡萄酒三维荧光光谱及电子舌特征研究[D];西北农林科技大学;2008年
6 徐琼;基于技术效率的区域经济竞争力提升研究[D];浙江大学;2006年
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1 张小燕;基于ICA的光谱估计方法研究[D];云南师范大学;2006年
2 李志勇;基于成分分析增量学习算法的人脸识别研究[D];浙江师范大学;2008年
3 吴飞;基于区域增长的ICA算法在fMRI数据处理上的研究应用[D];四川大学;2006年
4 马建;基于独立成分分析的说话人识别技术研究[D];电子科技大学;2005年
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6 罗竞佳;基于PCA/ICA的多数据流关联及模式发现[D];大连理工大学;2009年
7 王宁;基于统计方法的虹膜特征表示的研究[D];吉林大学;2006年
8 郭瑞;基于统计方法的人脸识别算法研究与性能评估[D];国防科学技术大学;2003年
9 崔瑜;基于内部营销的员工满意度研究[D];西北大学;2007年
10 胡月;基于主成分分析和独立成分分析的人脸识别研究[D];吉林大学;2010年
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