人工免疫在故障诊断中的应用

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1、浙江大学硕士学位论文人工免疫在故障诊断中的应用姓名：熊春柳申请学位级别：硕士专业：系统工程指导教师：赵豫红20060501浙江大学硕士学位论文摘要随着生产过程的日益复杂，为确保生产装置安全、高效运行，故障诊断技术日益受到国内外企业的重视。人工智能技术的发展为故障诊断的研究注入了新的活力，提供了新的思路和方法。本文研究人工免疫机理在故障诊断中的应用，提出了新的有效的故障诊断方法。论文主要工作如下：1、对现有的故障诊断方法进行简要的综述，并对人工免疫系统的发展以及应用情况进行了介绍。2、介绍了基于自体／非自体识别的否定选择算法，并对编码否定选择算

2、法、实值否定选择算法以及可变半径检测器的否定选择算法及其特点进行了详细的说明和比较。3、针对过程工业故障检测的特点，提出了一种基于免疫的复杂生产过程故障检测方法。新方法通过主元分析把高维样本集映射到低维空间中，再应用否定选择算法产生检测器对降维后的样本进行检测，在TE过程中的仿真结果表明算法对各类故障均有较好的检测效果。4、提出了基于免疫的混合学习故障诊断方法。现有的很多学习分类算法往往对训练样本集有特定的要求，但在实际的应用中，这些要求往往难以满足，从而大大影响分类算法的效果。新方法应用否定选择算法产生有效的未知故障样本集，解决分类算法应用

3、中故障样本不足的问题，再通过分类算法对样本进行学习。对IIus数据的应用结果表明提出的方法比常规的分类算法具有明显的优势。关键词：故障诊断；人工免疫；否定选择；混合学习：主元分析Ⅳ浙江大学硕士学位论文1．1引言第一章绪论从工程和科学角度讲，人工免疫系统就是借鉴、利用生物免疫系统各种智能机理而发展的各类信息技术、计算机技术及其在工程和科学中应用而产生的各种智能系统的总称。人工免疫系统是一个跨学科的研究领域，是与生物免疫系统相对应的工程概念，类似人工神经网络与神经网络的对应关系。生物免疫系统的复杂功能堪与大脑相比较，有“第二大脑”之称：但由于生物

4、免疫系统的复杂性和其它技术(如神经网络、遗传算法等)的相对优越性及其与医学免疫学的密切联系，1998年以前，人工免疫系统并没有引起科技人员的重视。自1998年以后，随着多种形式的人工免疫系统专题会议的召开，各类研究人员对人工免疫系统的研究兴趣不断增加，研究者从各种不同学科和角度展开研究。工程人员尤其对应用免疫系统机理解决实际问题的能力感兴趣。多年的生物免疫学研究表明，生物免疫系统具有许多复杂的、对实际工程问题很有启发的功能，如模式识别能力、记忆能力、学习能力、多样性产生能力、噪声耐受、概括、分布式诊断和优化等等。这些机理已成为许多解决新问题、

5、研究新方法时进行创造性思维的灵感源泉，极大地促进着智能系统、计算机科学、计算智能等多个领域的发展，正成为一个应用日益广泛的新领域。生产过程的故障检测及诊断问题引起了越来越多的关注。故障检测与诊断是通过对各种检测、测量得到的信息进行监视、分析和判别，并结合系统特性及历史数据对系统工作状态给出评价的过程。对系统异常状态给出报警、提示及发展趋势预报，并尽早发现故障，从而实现故障的早期侦破。化工过程故障检测及诊断是解决化工过程系统可靠性、安全性科学决策问题的关键技术之一，它与信号处理、计算机、自动控制、人工智能及系统工程等学科有着广泛的联系与交互，属

6、于学科交叉和高新技术探索的领域，是近年来国际过程系统工程学术界与工业界的研究热点之一。本文主要研究人工免疫系统中的某些机理在故障诊断中的应用，并把其用于复杂过程工业故障检测当中。本章的后面章节将会对故障诊断及人工免疫系统进浙江大学硕士学位论文行更详细的介绍。1．2故障诊断1．2．1故障诊断的意义随着现代工业及科学技术的迅速发展，现代化的流程工业系统不断朝着大规模、复杂化、集成化方向发展，自动化水平也不断提高。与此同时，其发生故障的可能性也随之增加。这类系统一旦发生故障，不仅将会造成人员和财产的巨大损失，而且对生态环境也将会造成不可挽回的影响。

7、例如，1984年位于印度博帕尔市的美国碳化物公司农药厂发生毒气泄漏事故，造成2000多人死亡，20多万人受伤，成为世界工业史上的恶性事故典型：1986年4月前苏联切尔诺贝利核工厂发生核泄漏事件，带来的严重后果至今还在延续中；2000年6月科威特AL舢曲edi石油炼化厂发生爆炸，导致l亿美元的损失。就化学工业而言，重大的灾难性事故虽不会经常发生，但小事故却每天都在发生。据估计，由于缺乏高性能AEM(AbIlo玎nalEventM粕agement)系统，这些小事故每年给美国石油化工企业造成200亿美元的经济损失(Nimmo1995)。据统计，70

8、％左右的工业故障由于人为操作错误而造成的，为了提高工业生产过程与控制系统的可维护性和安全性，同时提高产品的质量、降低生产成本，迫切地需要建立过程监控系统对工业生产进