基于PCA连续过程性能监控与故障诊断研究.pdf

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1、摘要摘要题目：基于PCA的连续过程性能监控与故障诊断研究专业：检测技术与自动化装置硕士研究生：张新荣导师：徐保国基于主元分析(PCA)的故障检测与诊断方法是故障监测领域的一个重要研究分支，该方法不依赖于数学模型，能与计算机技术紧密结合，具有重要的理论和应用价值。但是由于连续生产过程的特点及其变量问相关性处理的复杂性，使得基于PCA的多元统计过程监测从理论方法到实际应用，都还有许多问题有待研究解决。本文在总结故障监测技术研究进展的基础上，针对基于PCA的故障检测与诊断方法应用中的一些问题做了如下工作：(1)鉴于建模历史数据中存在的异常点会影响过程监控效果，在总

2、结目前常用的鲁棒异常值检测算法原理及其缺陷的基础上，将中心最短距离(CDC)法和椭球多变量整理(MVT)法相结合构成一种基于鲁棒尺度的CDC．MVT异常值综合检测算法，能够更加准确地检测到异常点，进行的工业实例研究也验证了该算法的准确性和有效性。(2)针对传统基于PCA的故障检测算法的检测结果存在无明确定论的缺陷，通过对主元模型的两个检验统计量的含义进行深入分析，提出把Q统计量中与主元显著相关的过程变量分离出来，并形成新的统计量，然后和T2统计量配合进行检验。仿真监控结果表明该改进算法比传统基于T2和Q统计量的故障检测算法更有效。(3)鉴于累积方差贞献率确定

3、主元数未综合考虑故障信息且主观性较大的缺陷，在综合考察累积方差贡献率和复相关系数特点的基础上，提出一种基于累积方差贡献率(CPV)结合复相关系数(MCC)共同确定监控模型主元数的新方法，并将其用_丁．故障检测改进算法中。应用研究结果表明该方法能够确保主元空间的信息存量。(4)针对利用变量贡献率只能够实施定性的故障诊断，以及基于SPE的信息重构故障诊断方法只利用了残差空间信息的局限性，通过对基于T2统计量的故障重构技术进行研究，将其用于故障诊断，对双效蒸发器过程进行的故障诊断仿真表明，该算法能够有效地找到故障源。最后在总结全文的基础上讨论了相关研究的发展前景。

4、关键词：主元分析；故障检测；故障诊断；复相关系数；故障重构AbstractPrincipalcomponentanalysis(PCA)hasbeenconsideredasanimportantmethodoffaultdetectionanddiagnosisduetoitsindependenceofprocessmodelandcombinitionwithcomputertechnology．However’thetheoreticalmethodandactualapplicationoffaultmonitoringbasedonPCAisno

5、tperfectandhasalotofproblems．ThemainpurposeofthisthesisistomakefurtherstudyonfaultdetectionanddiagnosismethodbasedonPCA．Themaincontextconsistsofthefollowingparts．(1)Theoutlierinhistoricaldataacquiredfromindustryprocesscandecreaseabilityofprocessperformancemonitoring．Anewoutlierdete

6、ctioncombinedmethodbasedonrobustscalingclosestdistancetocenter(CDOandellipsoidalmultivariatetrimming(MVT)isproposedafterasummaryonseveralrobustoutlierdetectionmethodprincipleandlimitation．Theresultsofanexampleshowitcandetectoutliereffectivelyandaccurately．(2)Becauseconclusionsarein

7、definiteintheperformancemonitoringofindustryprocess，afaultydetectionapproachbasedonQstatisticseparationisproposed．Qstatisticisseparatedintoprincipalcomponentrelatedvariable(PVR)statisticandcommonvariable(CVR)statistic，anditcandetectadequatelythechangeofprocessusingwithrstatistic．Th

8、esimulationresultsshowthat