基于改进主元分析的微小故障检测算法研究

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1、分类号密级硕士学位论文题目：基于改进主元分析的微小故障检测算法研究英文并列题目ResearchofSmallFaultDetectionAlgorithmBasedonImprovedPrincipalComponentAnalysis研究生：柯亮专业：控制科学与工程研究方向：控制理论与控制工程导师：熊伟丽教授指导小组成员：学位授予日期：2016年6月答辩委员会主席：崔宝同江南大学地址：无锡市蠡湖大道1800号二○一六年六月独创性声明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王作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外

2、，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本人为获得江南大学或其它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已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：日期：Ｗ月弁日Ｊ关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定：江南大学有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、一汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的

3、内容相致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。签名：謂采／导师签名：也禾却。日期ＪＴ＾：年月日摘要摘要随着科学技术的不断创新与发展，人类经历了手工业，机器大工业时代，逐步向大型化、集成化和自动化的现代工业方向迈进。工业生产过程往往条件多变，结构复杂，维护困难，这些不利的因素给系统的安全性与可靠性提出了不小的挑战。为了保证工业系统能够持续稳定的工作，需要建立一种有效的机制对其运行状态进行实时的监控。多元统计过程控制提供了一种有效的手段进行故障检测，其中主元分析(PrincipalComponentAnalysis,PCA)是一种最为常见的方法。事

4、故的产生往往都是从微小故障开始的，如果可以及时的检测到这些小故障发生，提供早期预警，就能够避免一系列不必要的损失。本文针对微小故障的特点，在传统PCA的过程监控算法上做了进一步的改进分析，并结合数值仿真与实际工业过程的仿真平台研究，验证了改进后的算法的性能和有效性。本文的主要研究内容如下：(1)介绍了传统PCA算法的基本原理，监控方法。将线性的PCA方法扩展到非线性系统中，对核主元分析(KernelPCA,KPCA)方法的推导过程进行了详细的描述，并比较了两种方法的特点。(2)针对工业过程中的常见的两类微小故障，利用滑动窗口的策略，合并窗口内的采样数据，以实现误

5、差的累加，从而使得故障样本数据与非故障样本数据的分化更加明显，实现对微小故障的放大。该方法能够更为及时的检测到微小故障的发生，最后将其运用到数值仿真与青霉素发酵过程仿真试验中，结果表明，在放大了微小故障之后，改进算法降低了系统的漏报率，提高了检测精度。2(3)在非线性系统中，针对KPCA在计算T统计量时，各主元对于故障敏感度存在差异的问题，提出一种基于相关度分析的KPCA故障检测方法。该方法考虑了测量变量22与T统计量之间的相关度，提取其中对于故障信息更为敏感的主元，建立新的T统计量和控制限。通过数值仿真与TE过程的仿真研究，表明了该算法的监控效果优于传统KPC

6、A方法，提高了监控性能。关键词：多元统计过程；主元分析；微小故障；滑动窗口；相关度IAbstractAbstractWiththedevelopmentandinnovationofscienceandtechnology,mankindhasexperiencedtheageofhandicraftandlargeindustrialmachines,themodernindustryandgraduallymovestothedirectionoflarge-scale,integratedandautomated.Industrialproductionp

7、rocessesareoftenchangeableconditions,complexstructureanddifficulttomaintain,theseadversefactorstothesecurityandreliabilityofthesystemisabigchallenge.Inordertoensurethecontinuousandstableoperationofindustrialsystem,itisneededtoestablishaneffectivemechanismtoreal-timemonitoringtherunni

8、ngstatusofth