基于规范变量分析的化工过程故障诊断方法分析

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1、FaultDiagnosisAlgorithmsofChemicalProcessBasedonCanonicalVariateAnalysisbyZHANGXiaoxiaoB.E.(LanzhouUniversityofTechnology)2011AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinPatternRecognitionandIntelligentSystemsintheGraduateSchoolofLanzhouUniversi

2、tyofTechnologySupervisorProfessorZhaoXiaoqiangApril,2015兰州理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本谢研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：弘商或口期:t，o（,C年6月11日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的

3、复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密团。（请在以上相应方框内打厂）作者签名：弘喝喝日期:i,,tS年6月（I日导师签名：生、】、钱口期：加了年j月q日目录摘要IAbstractII插图索引IV附表索引V第一章绪论11.1化工过程故障诊断的研究背景及意义11.2国内外研究现状21.2.1研究现状21.2.2故障诊断综述31.3本文的主要研究内容51.4木文组织结构6第二章规范变量分析8

4、2.1规范变量分析（CVA）82.1.1规范变量分析（CVA）的统计算法82.1.2规范变量分析（CVA）状态向量的构造92.1.3基于规范变量分析（CVA）的过程监控统计量112.2规范变量分析的算法步骤122.3仿真分析122.3.1TE过程12232TE过程仿真结果与分析162.4木章小结19第三章基于ISOMAP的化工过程故障诊断CVA算法203.1等距映射（ISOMAP）算法203.2基于ISOMAP的故障诊断CVA算法223.3仿真分析223.4本章小结24第四章基于滑动窗的CVA故障诊断算法254.1滑动窗254.2基于滑动窗的CVA故障诊断算法264.3仿真

5、分析274.4本章小结30第五章基于GMM的KCVA化工过程故障诊断方法315.1核规范变量分析（KCVA）算法315.2基于GMM-KCVA的故障诊断算法335.3GMM-KCVA算法步骤355.4仿真分析365.5本章小结38第六章结论与展望406.1结论406.2展望40参考文献42致谢46附录攻读硕士学位期间所发表的学术论文47摘要随着科技的不断发展，化工过程趋于复杂化。研究化工过程的故障诊断算法对保证安全生产、避免生产设备损毁、提高产品质量发挥了关键性作用。国内外学者在故障诊断领域研究改进了众多算法以求达到快速准确的故障诊断效果。实际的化工过程一般具有复杂性高、规

6、模庞犬的特点，化工过程通常都会采集到丰富的过程变量数据，而基于数据驱动的故障诊断算法直接从化工过程屮采集到的数据入手，对数据进行分析，实现对过程的故障诊断，因此深入研究基于数据驱动的故障诊断算法，不仅具有重要的理论意义，在实际生产中也具有广阔的应用前景。本文主要对规范变量分析（CVA）算法进行研究，并对该算法在故障诊断应用中存在的问题做进一步改进，主要做了以下儿个方面的工作：1•针对规范变量分析（CVA）算法不能较好地处理化工过程高维数据的降维问题，提出了一种基于等距映射（ISOMAP）的化工过程故障诊断CVA算法，该算法首先采用流形学习中的ISOMAP算法，完成对初始数据

7、的非线性降维，同时保持了数据内部的几何结构，然后基于从高维数据中提取出来的低维数据，利用规范变量分析（CVA）得出过程状态向量和监控统计量，通过TE过程仿真验证了该算法用于化工过程故障诊断的合理性。2.针对过程数据通常具有吋变性，规范变量分析（CVA）在动态过程系统的故障诊断屮不能得到较好的故障诊断准确率，提出了一种基于滑动窗的规范变量分析（MWCVA）算法，该算法首先建立初始的CVA模型和计算监控统计量，通过滑动窗更新过程变量数据，计算更新建模所需数据，不断实时的更新出新样木的CVA模型和监控统计量，通过TE过程