基于多元统计分析的流程工业过程监控方法研究

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1、分类号：TP277密级：天津理工大学研究生学位论文基于多元统计分析的流程工业过程监控方法研究(申请硕士学位)学科专业：控制工程研究方向：计算机控制与管理作者姓名：赵洪业指导教师：高强教授高永全教授级高工2014年2月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’SDegreeResearchonProcessMonitoringofProcessIndustrybasedonMultivariableStatisticAnalysisByZhaoHongyeSupervis

2、orProf．GaoQiangGaoYongquanFebruary2014独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨盗堡兰盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：诞跌业签字日期：汐J学年3月／目学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解墨盗墨兰太堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权墨盗墨墨盘望可以将学

3、位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：趣洪业导师签名：岛弓易签字日期：】。忏年3月1日签字日期：切f乒年弓月／日摘要在当今的流程工业过程控制研究领域中，过程监控方法的研究极为重要。对于现代工业生产，生产工艺日益复杂，生产系统越来越智能化，可靠、先进的过程监控系统极其方法的研究与应用对于保障生产安全、提高企业的生产效率与经济效益有重要的作用。本文针对流程工业控制系统开展

4、了基于主元分析、核主元分析等方法的过程监控工作。首先，本文分析了过程监控的方法以及相关内容的主要发展情况，对基于主元分析法(PCA)的故障检测以及基于贡献图法的故障辨识应用的基本原理进行了分析和阐述，另外对故障检测常用的统计指标T2统计量、SPE统计量的定义极其相互关系进行了分析，并通过对比阐述了多元统计过程监控方法的优势。同时，本文还对核原理以及核主元分析法(KPCA)展开分析和推导，并讨论了该方法在过程监控特别是故障检测环节当中的主要应用情况。其次，本文对田纳西伊斯曼(TE)化工工艺仿真生产流程进行了分析，并在该流程环境下提取若干组过程数据

5、用于过程监控研究。为了进一步提高生产工况的真实性，本文又搭建了半实物仿真平台，以此作为过程监控的硬件支持。在此基础上，本文对主元分析和核主元分析故障检测法进行了算法上的模拟和验证。仿真结果表明在复杂的流程工业系统中，KPCA方法对于大量的非线性数据有着更好的检测效果。最后，本文针对核主元分析中数据运算量大、程序执行效率低等问题，将稀疏表示理论引入KPCA的故障检测运算中，显著的简化了核主元分析的运算，大幅减少了其程序执行的时间。关键词：过程监控，故障检测，核主元分析，稀疏表示AbstractNowadays，theresearchofproce

6、ssmonitoringhasbeenakeyroleinthefieldofindustryprocessresearching．Asamodemproductionsystem，whichhasbeengettingincreasinglycomplicatedandIntelligent，theprocessindustryisbesupposedtobeamoresecureandmoreefficientsystem．Andareliableandadvancedprocessmonitoringsystemisunquestiona

7、bleplayingaimportantroleonthat．Asaconsequence，theresearchwhichisbasedonsometheoriessuchasprincipalcomponentanalysis、kernelprincipalcomponentanalysisandsomeothermethodsiscarriedoutinthispaper．Firstofall，thispaperanalyzestheprocessmonitoringmethodanditsdevelopmenttrend．Andthep

8、apermakesanalysisanddescriptiononthemethodsoffaultdetectionandfaultidentifi