首页 > 专利 > 杭州电子科技大学 > 一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法专利详情

一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法   0    0

有效专利 查看PDF
专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2019-12-30
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2020-05-19
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2021-02-19
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2039-12-30
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201911392556.9 申请日 2019-12-30
公开/公告号 CN111061257B 公开/公告日 2021-02-19
授权日 2021-02-19 预估到期日 2039-12-30
申请年 2019年 公开/公告年 2021年
缴费截止日
分类号 G05B23/02 主分类号 G05B23/02
是否联合申请 联合申请 文献类型号 B
独权数量 2 从权数量 0
权利要求数量 2 非专利引证数量 1
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证 1、CN 102361014 A,2012.02.22CN 102930285 A,2013.02.13CN 103576594 A,2014.02.12CN 104483962 A,2015.04.01CN 106384130 A,2017.02.08CN 106404442 A,2017.02.15CN 106839769 A,2017.06.13CN 108709745 A,2018.10.26CN 109522948 A,2019.03.26CN 109582003 A,2019.04.05CN 109656202 A,2019.04.19CN 106338977 A,2017.01.18CN 102313577 A,2012.01.11CN 102768115 A,2012.11.07CN 103359572 A,2013.10.23CN 1932846 A,2007.03.21JP 2019157236 A,2019.09.19刘帮莉,等.“基于局部密度估计的多模态过程故障检测”《.化工学报》.2014,;
引用专利 被引证专利
专利权维持 3 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 杭州电子科技大学,浙江邦业科技股份有限公司 当前专利权人 杭州电子科技大学,浙江邦业科技股份有限公司
发明人 杨凡、张日东、吴胜、欧丹林 第一发明人 杨凡
地址 浙江省杭州市下沙高教园区2号大街 邮编 310018
申请人数量 2 发明人数量 4
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
浙江千克知识产权代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
周希良
摘要
本发明涉及一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法。本发明首先离线建模,收集化工过程正常工作的传感器数据作为训练数据,并执行DGLPP算法,确定投影矩阵和统计量控制限。然后在线监测,采集在线新样本,进行DGLPP处理,计算监测统计量并与离线建模时的控制限对比,本发明在LPP中引入了全局约束条件的同时将原始数据进行动态矩阵拓展,加强了算法的全局特性和动态特性。
  • 摘要附图
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:其中
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:Hii=∑jRij
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:分别表示W和
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:其中-1
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:2
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0011]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0015]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:5
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0020]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0021]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0022]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0025]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0028]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0029]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0030]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0033]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0035]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0036]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0037]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0042]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0043]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0044]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0060]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0064]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0067]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0069]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0070]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0071]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0074]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0077]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0078]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0082]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0084]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0085]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0086]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0091]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0092]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
  • 说明书附图:[0093]
    一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2021-02-19 授权
2 2020-05-19 实质审查的生效 IPC(主分类): G05B 23/02 专利申请号: 201911392556.9 申请日: 2019.12.30
3 2020-04-24 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
步骤1:离线建模,收集湿法冶金过程中的传感器数据,包括浸出槽空气流量,各种离子浓度和压力,作为训练数据;并执行DGLPP,确定投影矩阵和统计量控制限;
具体步骤:
1.1收集冶金过程正常工作时传感器获取的数据作为训练数据X∈Rn×m,构造进行DGLPP所需的新数据矩阵XNEW;
XNEW=[X(k) X(k-1)…X(k-L)]∈R(n-L)×(m×L);
其中X有m个变量和n个采样样本;X(k-L)为前L个采样时刻的数据矩阵,L为延时参数;
1.2对新数据矩阵XNEW进行标准化,
其中 表示过程数据各变量的均值建立的均值矩阵, 表示标准化后的过程数
据矩阵;
1.3根据经验法选择合适的DGLPP参数,执行DGLPP得到投影矩阵A;
根据LPP的目标函数,同理得到DGLPP的目标函数:
其中未知数具体代表意义或求法如下:
M=H-R
Hii=∑jRij
xi表示 的第i个样本;Ω()表示K邻域;Wij和 分别表示W和 的第i行第j列的元素值,I表示单位矩阵;h为加权系数,用以调节全局和局部的“侧重程度”;σ1和σ2为根据经验人为设定的参数,用以调节监测能力;W和 分别代表局部和全局的权重矩阵;H为对角矩阵,对角值为R每列的和;
因此优化问题通过下式求出:
其中 和λ为 的特征向量和特征值;因为目标函数求最小值,所
以需要选择最小的l个特征值对应的特征向量组成投影矩阵A∈R(m×L)×l;
1.4建立如下基于DGLPP的NOC模型;
其中E表示残差矩阵,Y∈Rn×l,代表投影后的矩阵;
1.5计算D和Q统计量的控制限DC和QC,a;
在自由度为l,n-l条件下的F分布临界值可由统计表中查到;
其中Ca是正态分布在显著水平a下的临界值;λj为第j个特征值;
步骤2:冶金过程在线监测;采集冶金在线新样本;进行DGLPP处理,计算监测统计量并与离线建模时的控制限对比;具体步骤如下:
2.1采集冶金过程实时在线数据向量xnew∈Rm,并且变量个数与变量代表的物理意义与离线建模时一致;构造进行DGLPP所需的新数据样本xnew=[xnew(k) xnew(k-1)…xnew(k-L)]∈R(m×L);由于存在延时,所以在采集到第L个数据样本时才能产生第一个所需要的新数据样本;使用步骤1.2中计算得到的训练数据的均值向量对新的数据向量标准化,方法同1.2;
标准化后的数据样本记为
2.2利用标准化后的数据建立如下基于DGLPP的NOC模型;
ynew为投影后的向量;enew为残差向量;
2.3计算D和Q统计量;
T -1
D=ynewS ynew
Q=enewTenew
步骤3:判断故障
若:D≥DC或Q≥QC则代表冶金过程产生故障,应该立即停止生产进行检查。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于自动化技术领域,涉及一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法。

背景技术

[0002] 作为现代工业过程的重要组成部分,过程监测发挥着重要的作用,目前已经出现了大量的基于数据驱动的过程监测方法来检测故障。作为常用的数据降维方法,局部保留投影(LPP)已经被广泛应用于过程监测。传统的LPP方法大都隐含假设某一时刻的观测值与过去时刻的观测值在统计上是独立的。在实际的化学和生物过程中,由于其动态和非线性的特点,这些假设是无效的。然而LPP仍然是一种有效简单的数据提取方法,所以可以构建新的统计监测模型来充分发挥LPP的优势。

发明内容

[0003] 本发明针对现有技术的不足,提供了一种基于动态全局LPP的工业过程监测方法。
[0004] 本发明解决技术问题所采取的具体技术方案如下:
[0005] 步骤1:离线建模,收集化工过程正常工作的传感器数据作为训练数据,并执行DGLPP算法,确定投影矩阵和统计量控制限。
[0006] 具体步骤:
[0007] 1.1收集化工过程正常工作的数据作为训练数据X,构造进行DGLPP所需的新数据矩阵XNEW=[X(k)X(k-1)…X(k-L)]∈Rn×(m×L)。
[0008] 其中X有m个变量和n个采样数据。X(k-L)为前L个采样时刻的数据矩阵,L为延时参数,一般为1或为2,根据实际情况确定。
[0009] 1.2由于过程中采集到的数据可能存在单位不一致,数值相差过大等问题,对1.1中新的矩阵进行标准化,
[0010]
[0011] 其中 表示过程数据各变量的均值建立的均值矩阵, 表示标准化后的过程数据矩阵。
[0012] 1.3根据经验选择合适的DGLPP参数,执行如下DGLPP得到投影矩阵A。
[0013] 首先根据LPP的目标函数,同理易得到DGLPP的目标函数:
[0014]
[0015] 其中未知数具体代表意义或求法如下:
[0016] M=H-R
[0017]
[0018] Hii=∑jRij
[0019]
[0020] 其它 或
[0021] 其它 且
[0022] xi表示 的第i个样本。Ω()表示K邻域。Wij和 分别表示W和 的第i行第j列的元素值,I表示单位矩阵。η为加权系数,用以调节全局和局部的“侧重程度”。σ1和σ2为根据经验人为设定的参数,用以调节监测能力。W和 分别代表局部和全局的权重矩阵。H为对角矩阵,对角值为R每列的和。
[0023] 因此优化问题可以通过下式求出:
[0024]
[0025] 易知 和λ为 的特征向量和特征值。因为目标函数求最小值,所以我们需要选择最小的l个(保留的主成分个数)特征值对应的特征向量组成投影矩阵A∈R(m×L)×l。
[0026] 1.4建立基于DGLPP的NOC模型。
[0027]
[0028]
[0029]
[0030] 其中E表示残差矩阵,Y∈Rn×l,代表投影后的矩阵。
[0031] 1.5计算D和Q统计量的控制限DC和QC,a。
[0032]
[0033] 其中n为建模数据样本的个数,l为保留的主成分个数;a为显著性水平。在自由度为l,n-l条件下的F分布临界值可由统计表中查到。
[0034]
[0035]
[0036]
[0037] 其中Ca是正态分布在显著水平a下的临界值;λj为数据协方差矩阵较小的几个特征根。
[0038] 步骤2:在线监测,采集在线新样本,进行DGLPP处理,计算监测统计量并与离线建模时的控制限对比,具体步骤如下。
[0039] 2.1采集在线数据xi∈Rm,构造进行DGLPP所需的新数据样本xnew=[xnew(k)xnew(k-1)…xnew(k-L)]∈R(m×L),由于存在延时L,所以在采集到第L个原始数据样本时才能产生第一个所需要的新数据样本。使用步骤1.2中计算得到的训练数据的均值向量对新的数据向量标准化,方法同1.2。标准化后的数据样本记为
[0040] 2.2利用新采集的数据建立如下基于DGLPP的NOC模型。
[0041]
[0042]
[0043]
[0044] ynew为投影后的向量。enew为残差向量。
[0045] 2.3计算D和Q统计量。
[0046] D=ynewTS-1ynew
[0047] Q=enewTenew
[0048] 步骤3:判断故障
[0049] 若:D≥DC或Q≥QC则产生故障。
[0050] 本发明的有益效果:本发明为了在提高LPP算法全局特性的同时,改善方法处理动态性系统的能力,以此提出了一种基于动态全局LPP(简称为DGLPP)的化工过程监测方法。该方法在LPP中引入了全局约束条件的同时将原始数据进行动态矩阵拓展,加强了算法的全局特性和动态特性。

实施方案

[0051] 下面结合实施例对本发明作进一步说明。
[0052] 以金的湿法冶金过程为例:
[0053] 湿法冶金流程包含氰化浸出子流程,压滤洗涤子流程,锌粉置换子流程等主要工序。本发明的方法为数据驱动方法,只需要对采集的数据分析即可,不需要知道具体解析模型,这也是本发明的一个优点。
[0054] 步骤1:离线建模,收集湿法冶金过程中一个正常工作过程的传感器数据(如浸出槽空气流量,各种离子浓度,压力等)作为训练数据。并执行DGLPP,确定投影矩阵和统计量控制限。
[0055] 具体步骤:
[0056] 1.1收集冶金过程正常工作的数据作为训练数据X∈Rn×m,构造进行DGLPP所需的新数据矩阵XNEW=[X(k)X(k-1)…X(k-L)]∈R(n-L)×(m×L)。
[0057] 其中X有m个变量(数量为冶金过程中所能采集的数据种类数目)和n个采样样本。X(k-L)为前L个采样时刻的数据矩阵,L为延时参数,一般为1或为2。
[0058] 1.2由于过程中采集到的数据可能存在单位不一致,数值相差过大等问题,对1.1中新的矩阵进行标准化,
[0059]
[0060] 其中 表示过程数据各变量的均值建立的均值矩阵, 表示标准化后的过程数据矩阵。
[0061] 1.3根据经验法选择合适的DGLPP参数,执行DGLPP得到投影矩阵A。
[0062] 根据LPP的目标函数,同理易得到DGLPP的目标函数:
[0063]
[0064] 其中未知数具体代表意义或求法如下:
[0065] M=H-R
[0066]
[0067] Hii=∑jRij
[0068]
[0069] 其它 或
[0070] 其它 且
[0071] xi表示 的第i个样本。Ω()表示K邻域。Wij和 分别表示W和 的第i行第j列的元素值,I表示单位矩阵。h为加权系数,用以调节全局和局部的“侧重程度”。σ1和σ2为根据经验人为设定的参数,用以调节监测能力。W和 分别代表局部和全局的权重矩阵。H为对角矩阵,对角值为R每列的和。
[0072] 因此优化问题可以通过下式求出:
[0073]
[0074] 易知 和λ为 的特征向量和特征值。因为目标函数求最小值,所以我们需要选择最小的l个(主成分个数)特征值对应的特征向量组成投影矩阵A∈R(m×L)×l。
[0075] 1.4建立如下基于DGLPP的NOC模型。
[0076]
[0077]
[0078]
[0079] 其中E表示残差矩阵,Y∈Rn×l,代表投影后的矩阵。
[0080] 1.5计算D和Q统计量的控制限DC和QC,a。
[0081]
[0082] 其中n为建模数据样本的个数,l为主成分中保留的主成分个数;a为显著性水平。在自由度为l,n-l条件下的F分布临界值可由统计表中查到。
[0083]
[0084]
[0085]
[0086] 其中Ca是正态分布在显著水平a下的临界值;λj为数据协方差矩阵较小的几个特征根。
[0087] 步骤2:冶金过程在线监测。采集冶金在线新样本。进行DGLPP处理,计算监测统计量并与离线建模时的控制限对比,具体步骤如下:
[0088] 2.1采集冶金过程实时在线数据向量xi∈Rm,并且变量个数与变量代表的物理意义与离线建模时一致。构造进行DGLPP所需的新数据样本xnew=[xnew(k)xnew(k-1)…xnew(k-L)](m×L)∈R 。由于存在延时,所以在采集到第L个数据样本时才能产生第一个所需要的新数据样本。使用步骤1.2中计算得到的训练数据的均值向量对新的数据向量标准化,方法同1.2。
[0089] 2.2与步骤1.4中的方法类似,利用标准化后的数据建立如下基于DGLPP的NOC模型。
[0090]
[0091]
[0092]
[0093] ynew为投影后的向量。enew为残差向量。
[0094] 2.3计算D和Q统计量。
[0095] D=ynewTS-1ynew
[0096] Q=enewTenew
[0097] 步骤3:判断故障
[0098] 若:D≥DC或Q≥QC则代表冶金过程产生故障,应该立即停止生产进行检查。
版权所有:盲专网 ©2023 zlpt.xyz  蜀ICP备2023003576号