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基于改进SOM算法的化工过程故障诊断研究

作　者: 陈心怡
导　师: 颜学峰
学　校: 华东理工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 自组织特征映射 分类相关成分分析 Fisher判别分析 TE过程 故障诊断
分类号: TQ021
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


复杂化工过程的故障诊断愈发受到人们的关注,其中,有效的可视化故障诊断与监控方法仍具有很大的挑战性。自组织特征网络(SOM)具有保留样本原始空间拓扑结构不变的特性,因此能够实现故障诊断可视化。然而,随着化工过程日益复杂,各变量之间关系愈发紧密,简单的SOM算法已无法满足要求。针对这种情况,本文提出两种改进的SOM算法并应用到故障诊断与监控中,以提高故障诊断的可视化效果。具体研究如下：(1)基于自组织映射和分类相关成分分析(CCA)的故障诊断方法。分类相关成分分析考虑到各变量与故障类别之间的相关性,最大程度地提取了故障的类别信息。因此在数据降维的同时,较好地反应了故障的类别信息特征。基于提取出的分类相关成分,SOM的映射结果得到很大改善,可以清楚区分各个故障状态。(2)基于自组织映射和Fisher判别分析(FDA)的故障诊断方法。Fisher判别分析可以实现类间离散度的最大化,同时最小化类内离散度,是一个理想的降维方法。通过FDA的特征提取,SOM可以清楚分辨故障状态。同时,利用特征变量与原始变量之间的相关系数,也为故障源的识别提供了参考。(3)将上述两种故障诊断方法应用于田纳西-伊斯曼(TE)过程,实验结果表明这两种方法能够有效改善故障诊断的可视化效果,大大提高故障诊断的正确率,能够实现复杂化工过程的实时监控。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-17
  1.1 引言  10-11
  1.2 过程监控概述  11-12
  1.3 故障诊断的方法  12-15
    1.3.1 节基于解析模型的故障诊断方法  13-14
    1.3.2 基于知识的故障诊断方法  14-15
    1.3.3 基于信号处理的故障诊断方法  15
  1.4 本文研究内容和安排  15-17
第2章 自组织特征映射  17-25
  2.1 引言  17
  2.2 SOM网络的模型和原理  17-19
    2.2.1 SOM网络的模型  17-18
    2.2.2 SOM网络的工作原理  18-19
  2.3 SOM网络的算法  19-21
    2.3.1 SOM网络的算法步骤  19-20
    2.3.2 SOM网络的参数选择  20-21
    2.3.3 SOM网络的特性  21
  2.4 SOM的可视化方法  21-23
    2.4.1 U矩阵图  21-22
    2.4.2 分量图  22-23
    2.4.3 碰撞直方图  23
  2.5 SOM网络的应用和改进  23-24
    2.5.1 SOM网络的应用  23-24
    2.5.2 SOM网络的改进  24
  2.6 本章小结  24-25
第3章 特征提取技术方法研究  25-32
  3.1 引言  25
  3.2 主成分分析法(PCA)  25-26
    3.2.1 主成分分析的原理  25-26
    3.2.2 主成分分析的算法  26
  3.3 分类相关成分分析(CCA)  26-29
    3.3.1 分类相关成分分析的原理  27
    3.3.2 分类相关成分分析的算法  27-29
  3.4 Fisher判别分析(FDA)  29-30
    3.4.1 Fisher判别分析的原理  29
    3.4.2 Fisher判别分析的算法  29-30
  3.5 本章小结  30-32
第4章 基于SOM与CCA集合方法的化工过程故障诊断  32-51
  4.1 引言  32
  4.2 基于SOM与CCA的故障诊断方法  32-33
  4.3 田纳西伊斯曼(TE)过程  33-38
    4.3.1 TE过程的工艺流程图  34-35
    4.3.2 TE过程变量  35-36
    4.3.3 TE过程故障  36-37
    4.3.4 TE过程的故障诊断研究  37-38
  4.4 少量故障诊断的研究  38-46
    4.4.1 基于SOM网络的故障诊断  38-41
    4.4.2 基于PCA-SOM的故障诊断  41-42
    4.4.3 基于CCA-SOM的故障诊断  42-46
  4.5 多故障诊断的研究  46-50
  4.6 本章小结  50-51
第5章 基于SOM与FDA集合方法的化工过程故障诊断  51-62
  5.1 引言  51
  5.2 基于SOM与FDA的故障诊断方法  51-52
  5.3 基于FDA-SOM的TE过程故障诊断  52-57
    5.3.1 针对故障4、5的研究  52-54
    5.3.2 针对多故障的研究  54-57
  5.4 基于FDA-SOM的TE过程故障识别  57-61
  5.5 本章小结  61-62
第6章 总结与展望  62-64
  5.1 总结  62
  5.2 展望  62-64
参考文献  64-69
致谢  69-70
附录  70

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 化工过程（物理过程及物理化学过程） > 基础理论
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