收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

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

张曦  
【摘要】: 随着工业过程规模的不断扩大和复杂性的日益提高,有效的性能监控、故障诊断和质量预测是保证生产安全、提高产品质量和经济效益的关键。对于复杂的工业过程来说,准确详细的数学模型往往很难得到,即使能够得到,这些理论上的等式也只能描述系统中一部分能量及物料平衡关系,这就限制了基于模型的性能监控方法的应用。另外,随着计算机技术的迅速发展,工业过程中能够测量和处理的变量越来越多,如何从海量数据中挖掘出隐藏的有用信息,从而提高过程运行的安全性和可靠性,已经成为越来越迫切需要解决的问题。统计性能监控就是在这种背景下发展起来的,并且受到了广泛关注。 统计性能监控是一种基于多元统计理论的方法。它通过对测量数据的分析和解释,判断过程所处的运行状态,在线监测和识别过程中出现的异常工况,从而指导生产、减小过程故障所造成的损失和提高生产效率。 另外,在现代许多企业中,由于技术或经济条件的限制,生产过程中许多与产品质量密切相关的重要参数很难通过传感器在线测量。随着市场竞争的不断加剧和生产工艺的复杂化,这一问题已成为制约生产与产品质量进一步提高的关键性因素。质量预测和估计(软测量技术)就是为了解决这一问题而产生的,质量预测通过一些可以测量的过程变量和其他一些参数,能够在线估计这些无法直接测量的参数和变量,从而为过程控制及管理决策提供支持,为生产过程的综合自动化奠定基础。 本文在传统统计性能监控和质量估计方法的基础上,做了不同程度的改进并提出了一些新的监控和质量估计算法。 本文的主要工作和贡献有以下几个方面: 1.利用核主元分析非线性性能监控的优势,并将相似度分析引入故障诊断领域,提出了基于核主元分析和模式匹配技术相结合的性能监控和故障诊断方法。针对PCA相似度分析存在的问题,对该方法进行了改进。首先利用KPCA方法计算数据的非线性主元,然后计算不同数据集之间的非线性主元相似度;并将主元相似度、非线性主元相似度和基于距离的相似度赋予不同的权值构成综合相似度指标来进行模式匹配。TE过程仿真试验验证了该方法在非线性性能监控和故障诊断中的有效性。 2.针对复杂的工业过程,综合核主元分析处理非线性数据的优点和ICA方法提取高维特征空间信息的能力,提出了基于KICA方法的非线性性能监控方法。该方法首先将数据通过非线性核函数映射到高维特征空间,然后在特征空间中进行独立主元分析和计算。通过在特征空间中构建监控统计量和控制置信限,来实现复杂化工和生物过程的监控。非线性数值仿真实例和流化催化裂化(FCCU)过程仿真研究验证了该方法的有效性。 3.针对间歇过程监控的特点,将核方法引入到Fisher判别分析中,提出了基于核Fisher判别分析的间歇过程性能监控与故障诊断法。所提出的方法仅利用已获得的数据测量值对过程进行监控,避免了传统MPCA方法对未来测量值的估计,从而提高了间歇过程监控的性能。在线性能监控通过比较核Fisher特征向量之间的欧氏距离来实现,而最优核Fisher判别向量用来鉴别故障类型。与KPCA方法相比,KFDA方法不仅简化了运算,避免了对核主元个数的确定,而且可以通过求解最优核Fisher判别向量来实现故障诊断。青霉素发酵过程仿真应用表明,核Fisher方法比传统的MPCA方法能更及时地监测出过程异常情况,更准确地判断异常发生的原因。 4.利用核偏最小二乘(Kernel Partial Least Squares, KPLS)非线性回归的优势,提出了基于KPLS的非线性质量估计和预测方法。首先通过非线性映射将过程数据从低维输入空间映射到高维特征空间,实现变量之间非线性相关关系的线性转化。然后在高维特征空间中利用PLS回归方法进行质量估计和预测。数值仿真实例和实际工业过程数据应用表明KPLS方法能更有效地捕捉变量之间的非线性关系,回归和质量预测效果明显优于线性PLS方法。 5.针对质量估计和预测过程中由于仪表错误或过程泄漏等原因造成的过失误差及故障问题,将模式识别中的Fisher判别分析法引入过程显著误差侦破和故障监测,提出了基于Fisher判别分析和核回归的质量监控和估计方法。首先利用Fisher方法对输入数据进行在线监测,若系统运行正常,则用核主元回归方法对质量数据进行预测和估计;否则将存在故障和过失误差的数据剔除并利用贡献图法确定故障原因。实际工业过程数据仿真研究验证了该方法进行故障监测和质量估计的有效性。 6.通过分析上海焦化甲醇精馏过程的特点和工艺流程,开发出了一套统计性能监控和质量估计软件,并将其应用到实际生产过程中,取得了良好效果,从而为上海焦化综合信息化平台和先进控制的成功实施奠定了坚实的基础。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李德华;波形模式匹配的一种加速算法[J];信息与控制;1982年04期
2 张晓华,陈宏钧,余四清,王卓军;一种新型模糊控制器在加热炉上的应用[J];冶金自动化;1991年05期
3 唐朝京,吴自强,王跃科,张南,周代英,王成友;一种基于改进的SEVQ匹配算法的汉语全音节语音识别系统[J];国防科技大学学报;1997年03期
4 廖俊必,袁中凡,徐彧;图像匹配中噪声分析和预处理(英文)[J];光电工程;2002年06期
5 应向荣;入侵检测(IDS)技术的发展[J];信息技术与标准化;2002年12期
6 高培焕,张大智;基于二维模式匹配的图像检索快速算法[J];辽宁师范大学学报(自然科学版);2002年02期
7 马志柔;叶屹;;一种有效的多关键词词频统计方法[J];计算机工程;2006年10期
8 黄健斌;姬红兵;孙鹤立;;多源Web对象与关系数据的集成[J];西安电子科技大学学报;2007年01期
9 柳景超;周立兵;;一个改进的入侵检测系统模型[J];计算机与数字工程;2007年01期
10 李昌清;李艳霞;李胜利;王剑;;基于动态异构的Web信息集成网页分析方法[J];计算机应用研究;2007年12期
11 陈小明;;基于模式匹配的协议分析技术研究[J];厦门教育学院学报;2007年04期
12 韩鸿哲;毕学尧;;网络入侵检测硬件加速研究[J];信息安全与通信保密;2007年12期
13 马新建;夏士雄;;基于关系数据库的模式匹配技术研究[J];计算机与信息技术;2008年07期
14 张庆;徐东平;;协议分析技术在入侵检测中的应用[J];电脑知识与技术;2008年22期
15 战学刚;伏圣国;迟呈英;;改进的基于模式匹配的答案抽取方法[J];情报理论与实践;2009年09期
16 黄志东;;协议分析技术在Snort系统中的应用[J];郑州轻工业学院学报(自然科学版);2009年06期
17 卢淑静;;中小企业和信息化建设模式的匹配研究[J];科技管理研究;2010年03期
18 武兴睿;;Java中的正则表达式与模式匹配研究[J];科技传播;2011年15期
19 吴国伟;毕玲;汪世义;;一种快速Snort入侵检测系统研究[J];大连理工大学学报;2005年S1期
20 王成;刘金刚;;一种改进的字符串匹配算法[J];计算机工程;2006年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 钱颖;聂俊岚;刘国华;郜时红;;基于全集的复杂模式匹配[A];第二十三届中国数据库学术会议论文集(研究报告篇)[C];2006年
2 孙江明;李通化;;基于模式匹配的蛋白质结构形状预测[A];第十一届全国计算(机)化学学术会议论文摘要集[C];2011年
3 谢丽聪;;基于Matchmaking方法的模式匹配[A];第十九届全国数据库学术会议论文集(技术报告篇)[C];2002年
4 谭茂金;张庚骥;石耀霖;;阵列电法测井的垂直模式匹配理论研究[A];中国地球物理学会第二十四届年会论文集[C];2008年
5 陈建云;王跃科;刘辉;;基于相关分析和模式匹配的多普勒频率测量方法[A];第三次全国会员代表大会暨学术会议论文集[C];2002年
6 甘俊英;张有为;;核主元分析特征提取法的研究[A];第十一届全国信号处理学术年会(CCSP-2003)论文集[C];2003年
7 胡凤国;;一个简单人机对话系统的实现方法[A];第一届学生计算语言学研讨会论文集[C];2002年
8 朱艳;许家珆;;一种基于入侵检测的多模式匹配算法[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
9 时逢雷;徐春玲;;试谈配料方案与质量预测的优化[A];2008年全国炼铁生产技术会议暨炼铁年会文集(上册)[C];2008年
10 唐波;;Ku频段波导双工器的设计[A];2007年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 庞引明;基于结构化联接的XML查询模式匹配关键技术研究[D];复旦大学;2004年
3 杨宏宇;网络入侵检测技术的研究[D];天津大学;2003年
4 杜小坤;数据库模式匹配算法研究[D];华中科技大学;2010年
5 于志宏;视频安全与网络安全若干问题研究[D];吉林大学;2009年
6 杜永萍;基于模式知识库的问题回答关键技术研究[D];复旦大学;2005年
7 魏连鑫;多小波理论及其在虹膜识别技术中的应用[D];吉林大学;2006年
8 宁博;XML查询模式匹配及文档过滤技术研究[D];东北大学;2009年
9 范玉刚;基于Kernel的机器学习在建模与分类问题的应用研究[D];浙江大学;2006年
10 明星;虹膜识别技术中小波变换的应用原理与方法[D];吉林大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈雪林;基于Web的网络入侵检测系统设计与实现[D];成都理工大学;2004年
2 胡德华;Snort检测引擎的改进与实现[D];东北大学;2005年
3 王兴义;基于模式匹配的中文专有名词识别[D];山西大学;2005年
4 张国权;基于模式匹配和协议分析的NIDS研究和设计[D];大连理工大学;2006年
5 陈鹏;基于模式匹配的网络入侵检测系统的研究与实现[D];湖南大学;2005年
6 刘少君;基于协议分析的网络入侵检测系统研究与设计[D];河海大学;2006年
7 邓庆锋;模式匹配在入侵检测系统中的应用[D];浙江大学;2006年
8 李韦韦;多层特征分配网络入侵检测系统[D];南昌大学;2007年
9 张晓光;基于模式匹配的入侵检测系统应用研究[D];大连海事大学;2010年
10 洪小丽;基于位并行技术的带通配符约束的模式匹配问题研究[D];合肥工业大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 边歆;泥上指爪印深痕[N];网络世界;2005年
2 陈胜权;综合分析引擎提升UTM性能[N];中国计算机报;2007年
3 沙小飞 王浩;中远船务构筑风险防火墙[N];中国船舶报;2008年
4 上海 高博;让电脑“听懂”人话[N];电脑报;2008年
5 杨建国;纺织品敏捷加工项目获鉴定[N];中国纺织报;2004年
6 本报记者  张琳;怎样抵挡“零日”攻击[N];网络世界;2006年
7 李欣 编译;为了我们呼吸的空气[N];中国气象报;2009年
8 ;IDS续存论对峙灭亡论[N];网络世界;2003年
9 张利;下一代搜索轮廓初现Autonomy力挺中文搜[N];中国企业报;2006年
10 ;下一代软硬件工具助力RFID[N];计算机世界;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978