基于多块核主元分析和概率符号有向图的故障诊断方法研究

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1、中图分类号!￡2Z墨UDC620硕士学位论文学校代码!Q墨墨墨密级公珏基于多块核主元分析和概率符号有向图的故障诊断方法研究ResearchontheFaultDiagnosisMethodBasedonMBKPCAandPSDG作者姓学科专研究方学院(系、指导教名：何巍业：控制科学与工程向：复杂工业系统故障诊断所)：信息科学与工程学院师：王雅琳教授答辩委员会主席兰啦中南大学二零一三年五月一奄一二年直月原创性声明眦IIII{{III{l{lll{{lll{{llIlll{IHItlY2421782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及取得的研究

2、成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：日期：迹年』月卫日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，

3、并通过网络向社会公众提供信息服务。基于多块核主元分析和概率符号有向图的故障诊断方法研究摘要：故障诊断是工业生产特别是流程工业中的一个重要问题，在过去的几十年中有大量致力于这方面的研究。基于符号有向图(SignedDirectedGraph，SDG)模型的故障诊断方法，由于具有表达复杂因果关系和包容大规模潜在信息的能力，完备性好、适应性强，同时可提供故障传播路径和演变解释，得到了学者们的广泛关注。然而，基于SDG模型的故障诊断方法作为纯定性方法存在分辨率低且所建SDG模型精确度、可靠性不高等问题。针对SDG存在的问题，将传递熵、多块核主元分析(MultiblockK

4、ernelPrincipalComponentAnalysis，MBKPCA)、概率论等定量处理方法与SDG相结合，开展基于SDG的故障诊断方法研究，具有科学意义和应用价值。论文主要研究工作及创新成果如下：(1)针对传统SDG建模方法中过程知识不完备、错误以及精确数学模型缺失的不足，引入传递熵进行SDG建模。考虑到系统中各变量之间的传递熵既能量化变量之间的依赖性，又能测量变量之间的方向性，充分利用过程历史数据，基于传递熵构建变量节点链模型，实现SDG建模，从而提高SDG建模的准确性和可靠性。(2)针对大规模工业过程变量之间关系复杂，故障难确定难诊断的特点，提出一种

5、基于MBKPCA和SDG的故障诊断方法。首先，提出基于SDG和优先级的分块策略，以强连通元SCC为最高优先级、多入＼出度节点群为次高优先级、节点链为最低优先级对过程进行分块；在此基础上，采用MBKPCA进行过程监控，对于检测到的故障，先确定故障发生在哪一个数据块，再触发SDG在故障块内完成故障定位。所提方法克服了MBKPCA故障隔离不完全和SDG推理过程中组合爆炸的缺点，可提高复杂工业过程故障诊断的准确度与速度。(3)对于存在正反馈回路而无法使用上述方法实现故障完全隔离的特殊情况，进一步提出改进的概率符号有向图(ProbabilisticSignedDigraph

6、，PSDG)方法，提出新的环状结构打开方法并确定打开后的支路概率，根据计算出的后验概率对可能的故障根源进行排序，以此概率排序为依据隔离故障，确保SDG故障诊断流程的完整性。基于TennesseeEastman过程的仿真研究验证了所提故障诊断方法的有效性。论文共有图37幅，表7个，参考文献80篇。IT关键词：符号有向图；多块核主元分析；传递熵；过程监控；故障定位分类号：TP273IIIResearchontheFaultDiagnosisMethodBasedonⅣ皿KPCAandPSDGAbstract：FaultdiagnosisiSanimportantpro

7、blemintheindustrialproductionespeciallyfortheprocessindustry,therehasbeenmuchresearchdevotedtothissubjectinthepastdecades．ThefaultdiagnosismethodbasedonSDGiScapableofexpressingthecomplexcausalrelationshipandcontainingthelarge-scalepotentialinformation，thenthemethodisofcategoricalnessa

8、ndada