基于分布式动态偏最小二乘模型的产品质量相关故障检测与诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种基于分布式动态偏最小二乘模型的产品质量相关故障检测与诊断方法，它首先基于偏最小二乘模型引入时延参数，同时为每个变量匹配对应的动态阶次，构建考虑时延的局部动态偏最小二乘模型，采用智能优化算法估计时延参数和模型阶数；之后将局部动态偏最小二乘模型与分布式建模框架相结合，构建大规模工业过程产品质量相关的故障检测模型；最后可以通过贡献图定位引起故障的变量。应用本发明专利技术，可以在线实时监测大规模工业过程的运行状态，并在故障发生时及时发出报警并确定故障发生的子系统与故障相关变量，从而提升工业过程运行的安全性、辅助工程技术人员提升决策效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
基于分布式动态偏最小二乘模型的产品质量相关故障检测与诊断方法


[0001]本专利技术属于工业过程运行状态监测与应用领域，具体地说，涉及一种基于分布式动态偏最小二乘模型的产品质量相关故障检测与诊断方法。

技术介绍

[0002]过程工业流程长，而产品质量指标检测点通常安装在流程末端，导致质量指标异常的检测时刻较引起异常的因素的发生时刻与位置(例如前序反应器)相对滞后。因此，研究质量相关的分层运行状态监测方法，监测全流程运行状态以及各子系统的运行状态，从而及时检测到异常。
[0003]同时过程工业规模庞大，结构复杂，传统的集中式故障检测方法会因为模型复杂度过高，监测性能下降。这导致集中式的方法并不能有效处理大规模特性带来的一系列复杂特性，无法满足全流程、一体化的监控需求。因此需要通过分布式建模的方法来进行大规模的厂级过程监测。
[0004]为应对过程工业的各种特性，质量相关的分布式运行状态监测方法及其扩展方法被提出来。其中包括针对非线性特性的多块核偏最小二乘；针对非高斯数据，通过偏最小二乘和非高斯回归建立了双层的故障检测方法；除此之外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式动态偏最小二乘模型的产品质量相关故障检测与诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：收集正常状态下的生产数据并进行标准化处理，得到过程数据集和产品质量数据集其中n表示样本数量，m表示过程数据变量个数，l表示产品质量变量个数，表示实数集；步骤二：基于机理分析进行过程分解，将同一设备或相邻设备产生的数据放入同一个子系统中，从而将过程数据集X划分为不同的子系统：X＝[X1,X2…
X
b
…
X
B
]，其中X
b
表示单个子系统的数据，B表示子系统的个数，m
b
表示第b个子系统的变量个数，b表示第b个子系统；步骤三：确定适应度函数fitness(Ω)，利用智能优化算法确定每个子系统参数其中fitness(
·
)表示适应度函数，Ω表示待优化的参数集，表示得到的第b个子系统最优参数集，表示第b个子系统确定的时延参数，表示第b个子系统中确定的m
b
个变量的动态时域范围，表示第b个子系统确定的潜变量个数，步骤四：将步骤二中得到的每个子系统的数据X
b
进行增广得到X
gb
，然后和相应的产品质量数据矩阵Y
gb
一起带入偏最小二乘模型，形成动态偏最小二乘模型，计算子系统的统计量和SPE
b
统计量及其对应的控制限和SPE
b,lim
；得到每个子系统的基于动态偏最小二乘模型的局部故障检测模型；其中n
gb
表示增广后第b个子系统的样本数，m
gb
表示第b个子系统增广之后的变量维度；步骤五：在线监测时，采集新的样本，进行标准化处理，采用与步骤二相同的操作进行分解，采用与步骤四相同的操作得到子系统的统计量和SPE
b
统计量；步骤六：将步骤五中得到各个子系统的统计量利用贝叶斯规则转换为故障概率和并通过加权贝叶斯融合形成全局的统计量和P
SPE
(F|x(k))，相应的控制限为显著性水平α，并判断全流程的运行状态，其中：如果且P
SPE
(F|x(k))≤α，则整个流程运行状态正常；否则，则整个流程出现故障；当出现故障时，如果且P
SPE
(F|x(k))>α，则故障不影响产品质量；如果则故障影响产品质量；其中P(
·
)表示相应的概率，F表示故障状态，N表示正常状态，x
gb
(k)表示增广后的第b个子系统中第k次采样的数据，x(k)表示第k次采样得到的所有过程数据；当出现故障时，通过子系统的监测结果确定故障发生的子系统，然后计算该子系统中所有变量的贡献值C
b
(T2,i)和C
b
(SPE,i)，贡献值较高的变量为故障相关的变量，其中C
b
(T2,
i)表示第b个子系统的第i个变量对T2统计量的贡献值，C
b
(SPE,i)表示第b个子系统的第i个变量对SPE统计量的贡献值。2.根据权利要求1所述的基于分布式动态偏最小二乘模型的产品质量相关故障检测与诊断方法，其特征在于，所述步骤六中，通过子系统的监测结果确定故障发生的子系统的操作步骤如下：将在线得到的统计量和SPE
b
统计量与离线状态下得到的控制限进行比较，判断子系统运行状态，其中：如果且SPE
b
≤SPE
b，lim
，则子系统运行状态正常；否则，则子系统出现故障。3.根据权利要求1或2所述的基于分布式动态偏最小二乘模型的产品质量相关故障检测与诊断方法，其特征在于，所述步骤三通过如下子步骤来实现：(1)构建回归模型将第b个子系统的过程数据集X
b
和产品质量数据集Y划分成训练集和验证集，将训练集D
b,tra
＝{X
b,tra
,Y
b,tra
}进行增广，带入偏最小二乘模型中，得到输入输出之间的线性回归关系：Y
gb,tra
＝X
gb,tra
C
gb,PLS
+Ψ
gb
其中，X
b,tra
是第b个子系统中训练集的过程数据，Y
tra
是对应的产品质量数...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵东亚，邵伟明，孔勇强，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：