变点检测研究及其在沸腾状态检测中的应用

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1、大连理工大学硕士学位论文变点检测研究及其在沸腾状态检测中的应用姓名：董西路申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：仲崇权20050613大连理工大学硕士学位论文摘要以升温速率突变为原理的沸腾状态检测，本质上是均值变点的在线检测。这是生产过程质量控制、故障诊断等领域的共性问题。变点检测理论中的统计性能分析、参数优化等过程复杂繁琐，且对不同场合的应用有特殊性，这成为该理论在实际应用中的障碍。本文针对沸腾状态检测的特点，探讨变点检测理论的实用化方法，并设计自适应变点检测方法应用于沸腾状态检测。首先根

2、据加热过程实测数据进行过程模型和噪声分析，阐明所要研究的变点检测问题的具体特征。然后，讨论了Shewhan控制图、累积和(CUSUM)控制图、指数加权移动平均(EWMA)控制图这3种最常用的变点检测方法，研究其统计性能分析方法及参数优化方法。在控制图运行时间的统计分析方面，Shewhart控制图由于“检验统计量”不相关而能够直接计算；对EWMA和CUSUM控制图，讨论了Markov链法和积分方程法两种数值分析方法。对Markov链方法，采用“截尾”法使其能够应用于单边EWMA控制图的性能分析；对积分方程法进

3、行推广，使其成为控制图性能分析的一个统一框架。在参数优化方面，应用积分方程法，计算针对变点检测标准过程的运行时间数值表，在此基础上生成对应于不同信噪比过程的最优参数表，将复杂的控制图参数优化简化为根据信噪比查表获取，使得控制图参数在线优化成为可能。在实际应用中，变点检测算法与野值剔除方法、渐消记忆过程参数估计方法相结合，并采取措施保证计算的可实现性，从而在嵌入式系统上实现并完成沸腾状态的检测。上述方法在沸腾状态检测的实际应用中，实验次数少，适用性强，检测效果完全达到预期要求。这表明了变点检测算法的实用性和有

4、效性，同时为变点检测算法在其他问题中的应用提供了参考解决方案。关键词：突变点；沸腾；检测：控制图；参数优化变点检测研究及其在沸腾状态检测中的应用StudyonChangeDetectionandApplicationinBoilingDetectionAbstractBoilingdetectionwiththedetectorbasedonthechangeoftemperatureratecanbetransformedintotheon·linedetectionformearlchangeessen

5、tially．Detectionofabruptchangeisthegeneralinterestinthefieldsofqualitycontrol，failuredetection，etc．However，somenecessarystepstocarryoutthetheoryofchangedetection，suchasstatisticalperformanceanalysis，parameteroptimizationandSOon，aretediousandcomplicated，whi

6、chlowertheusefulnessofchangedetection．Basedonthecharacteristicsofboilingdetection，thepaperputeffortstomakethetheoryapplicable，andpresentstheadaptivealgorithmofchangedetectiontomonitortheboiling．Themodelandthenoiseofheatingpmcessareanalyzedbasedonthemeasure

7、ddataandtheconcernedcharacteristicsofthechangedetectionareproposedfirstly．Statisticalperformanceanalysisandparameteroptimizationarediscussedforthethreemostfrequentlyusedcontrolcharts(i。eShewhart，CUSUMandEWMA)．Ontheaspectofstatisticalperformanceanalysis，the

8、evaluationiseasyforShewhartcontrolchartduetotheindependenceofitsteststatistic,butistediousforEWMAandCUSUMconfrolchartsandhastorecurtothenumericalmethods．Markovdlainapproachisintroducedandmodifiedsoastobeusabl