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多工况过程监控方法研究及应用

作　者: 王晓阳
导　师: 王振雷
学　校: 华东理工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 多工况过程监控改进的FCM算法多模型建模 KP1M
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着我国经济的快速发展和人民生活水平的日益提高,整个社会对工业过程的安全有着越来越高的要求,其安全与稳定不可忽视。对过程进行实时监控可以有效地监测到过程异常,及时采取措施,避免事故的发生。随着计算机技术和网络技术的发展,已经逐步实现了工业设备的海量信息获取,从而使得越来越多的数据可用于过程监控。基于数据驱动的过程监控方法在过去的十几年时间中得到了快速的发展,其中多变量统计过程监控方法(MSPC)更是成为最近的研究热点。本文针对过程中的多工况监控问题,首先采用模糊C均值(FCM)算法进行工况划分,再用支持向量数据描述方法(SVDD)进行过程监控；针对传统FCM计算过程容易陷入局部极小的缺点,提出了一种最优化的方法来代替原始的梯度迭代算法；两种方法分别在乙烯裂解炉过程监控上进行了应用,并分析了改进的FCM算法对监控结果的改进之处。接着本文根据过程的输入输出关系,提出了一种基于多模型局部建模的过程监控方法。首先用局部建模方法获得监控残差,再用Greedy方法提取建模数据集的特征样本用于SVDD建模并进行监控,并在TE过程(Tennessee Eastman Process)和乙烯裂解炉监控上进行了仿真和应用。同时,本文提出了一种多模型外部分析的方法用于去除过程多工况的影响,并针对SVDD方法计算复杂度高的问题,提出了基于单簇核可能性聚类(KP1M)勺多工况过程监控算法。最后,介绍了开发的过程监控软件和过程仿真平台。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-16
  1.1 研究背景及意义  9
  1.2 基本概念  9-10
    1.2.1 故障  9
    1.2.2 过程监控  9-10
    1.2.3 故障诊断  10
  1.3 过程故障诊断的方法及分类  10-12
    1.3.1 定性分析方法  10-11
    1.3.2 定量分析方法  11-12
  1.4 过程监控和故障诊断研究现状  12-15
    1.4.1 数据分布和高维数据问题  13
    1.4.2 数据非线性问题  13-14
    1.4.3 过程时变和多工况问题  14-15
  1.5 本文主要研究内容和安排  15-16
第2章基于聚类多模型的多工况过程监控  16-29
  2.1 引言  16
  2.2 自适应模糊聚类(Adaptive FCM)  16-19
    2.2.1 模糊C均值聚类算法  16-17
    2.2.2 基于克隆差分和声搜索的改进模糊C均值聚类  17-19
    2.2.3 聚类个数的自适应选择  19
  2.3 MVU-SVDD建模  19-21
    2.3.1 基于MVU的数据降维  19-20
    2.3.2 SVDD算法  20-21
  2.4 多模型复杂工况过程监控  21-23
  2.5 乙烯裂解炉应用  23-28
  2.6 小结  28-29
第3章基于即时学习的多工况过程监控  29-42
  3.1 引言  29
  3.2 基于即时学习(Lazy Learning)的多模型局部建模  29-31
  3.3 Greedy-SVDD过程监控  31-33
  3.4 监控步骤  33
  3.5 仿真实验与工业应用  33-41
    3.5.1 TE仿真平台实验  33-39
    3.5.2 乙烯裂解炉应用  39-41
  3.6 小结  41-42
第4章基于多模型外部分析多工况过程监控  42-49
  4.1 引言  42
  4.2 基于多模型局部建模的外部分析  42-43
  4.3 Greedy-KP1M过程监控  43-45
    4.3.1 核单簇可能性聚类(KP1M)过程监控  44-45
    4.3.2 Greedy方法进行特征样本提取  45
  4.4 监控步骤  45-46
  4.5 仿真实验与工业应用  46-48
    4.5.1 TE模型仿真  46-47
    4.5.2 乙烯裂解炉应用  47-48
  4.6 小结  48-49
第5章过程监控软件开发与工业应用  49-60
  5.1 引言  49
  5.2 过程监控软件的开发  49-54
    5.2.1 基于COM接口的算法调用  50-51
    5.2.2 基于Matlab Coder技术的软件开发  51
    5.2.3 实时数据库的使用方法  51-52
    5.2.4 乙烯裂解炉实时监控应用  52-54
  5.3 过程仿真平台的开发  54-59
    5.3.1 Simulink中OPC模块的使用方法  55-57
    5.3.2 Matlab Code中OPC函数的使用方法  57-58
    5.3.3 仿真平台演示  58-59
  5.4 小结  59-60
第6章总结与展望  60-61
  6.1 研究工作总结  60
  6.2 工作展望  60-61
参考文献  61-66
致谢  66-67
攻读硕士学位期间发表的论文  67
攻读硕士学位期间参与的科研项目  67-68
附录  68-73

多工况过程监控方法研究及应用

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