間歇過程測量數(shù)據異常智能檢測方法研究.pdf

1、間歇過程是現(xiàn)代工業(yè)生產的一種重要生產方式，隨著現(xiàn)代社會對高質量產品需求的提高，極大地促進了間歇生產的發(fā)展，使得其生產過程從簡單到復雜的轉變。在間歇過程生產中，現(xiàn)場檢測儀表或變送器提供了豐富的過程測量數(shù)據，為基于數(shù)據驅動的過程在線監(jiān)測和優(yōu)化控制提供了基礎。然而，由于受到現(xiàn)場檢測儀表或變送器性能下降和電磁干擾等因素的影響，導致間歇過程測量數(shù)據出現(xiàn)異常，降低了過程測量數(shù)據的質量，制約了數(shù)據驅動過程建模準確性的提高，因此，研究間歇過程測量數(shù)據智

2、能異常檢測方法，為數(shù)據驅動的過程建模、在線監(jiān)測及優(yōu)化控制提供可靠的過程測量數(shù)據，具有重要的理論意義和應用價值。
　　本文在詳細分析間歇過程特性和過程測量數(shù)據特征的基礎上，研究間歇過程測量數(shù)據異常智能檢測方法，主要完成以下研究工作:
　　1、提出了一種基于無監(jiān)督多尺度時序劃分的間歇過程時段劃分方法。首先，給出了一種無監(jiān)督多尺度模糊聚類分析方法，通過求解在模糊類間距離約束和時序約束下的聚類目標函數(shù)，獲得數(shù)據的隸屬度;然后，給出一

3、種時序時段劃分方法，根據時變數(shù)據集的數(shù)據隸屬度變化捕捉主時段和過渡時段的劃分點;進而，設定全局時段和局部時段協(xié)同劃分規(guī)則，根據二次誤差之和指標和混合劃分性能指標，自適應判斷間歇過程時段劃分的最優(yōu)個數(shù)及劃分結果，給出基于支持向量數(shù)據描述方法在線時段劃分模型，實現(xiàn)間歇過程測量數(shù)據在線時段劃分;最后，利用時序電子手寫圖形和青霉素發(fā)酵過程，對提出的時段劃分方法進行實驗研究。實驗結果表明，本文所提的時段劃分方法解決了間歇過程時段劃分過度依賴于先驗

4、知識的問題，在準確捕捉數(shù)據時變性的同時實現(xiàn)可靠、準確的在線時段劃分。
　　2、提出一種基于提升小波包變換動態(tài)時間規(guī)整的軌跡同步化方法。首先，給出一種基于提升小波包變化的多層高低頻數(shù)據軌跡分解方法，實現(xiàn)在不同頻段上的間歇過程測量數(shù)據軌跡信息提取;然后，引入動態(tài)時間規(guī)整策略，沿著相似特征的方向同步化各個頻段的數(shù)據軌跡;進而，給出一種基于提升小波包變換的多層高低頻數(shù)據軌跡合成方法，合成不同頻段上的間歇過程測量數(shù)據軌跡信息，實現(xiàn)間歇過程測

5、量數(shù)據軌跡同步化;最后，利用青霉素發(fā)酵過程，對提出的軌跡同步化方法進行實驗研究。實驗結果表明，本文所提的軌跡同步化方法降低了吉布斯現(xiàn)象對數(shù)據軌跡合成的影響，避免復雜的傅里葉變換卷積運算，提高了軌跡同步化速度，能夠實現(xiàn)準確的測量數(shù)據軌跡同步化。
　　3、提出一種基于動態(tài)超球結構變化支持向量數(shù)據描述的間歇過程測量數(shù)據異常檢測方法。首先，給出一種基于動態(tài)超球結構變化的支持向量數(shù)據描述方法，構建基于測量數(shù)據的高維超球體模型，設定超球體結構

6、變化的量化規(guī)則，獲得超球體的重要結構;然后，構建基于靜態(tài)數(shù)據集和基于動態(tài)數(shù)據集的超球體模型，并捕捉超球模型間的重要結構變化;最后，建立動態(tài)超球結構變化與異常檢測的映射規(guī)則，根據在線測量數(shù)據與歷史數(shù)據之間的關系，構建異常判別閾值，實現(xiàn)間歇過程測量數(shù)據在線異常檢測。
　　4、結合UCI機器學習數(shù)據集、半導體蝕刻過程和青霉素發(fā)酵過程，對所提出的間歇過程測量數(shù)據異常檢測方法進行了實驗研究。實驗結果表明，該方法制定的動態(tài)異常判別依據準確有效