1.自适应慢特征分析的工业过程故障检测方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1、采集工业过程传感器测量数据;步骤2、确定与关键变量相关度高的过程状态变量并构成所需数据集;步骤3、将步骤2得到的数据集以6:4的比例分成训练集 和测试集 ,利用训练集数据优化得到故障检测模型;所述步骤3具体按照以下步骤实施:步骤3.1、对训练集 进行归一化得到 , 具有零均值且协方差矩阵为单位阵的性质;步骤3.2、对 进行奇异值分解即 ,其中, 为 分解得到的对角阵, 为 分解得到的特征矩阵, 为 的转置,利用分解得到的矩阵确定白化数据矩阵 ,白化后的数据 的协方差矩阵为单位阵,即具有性质 ;步骤3.3、对 求导得到 ,对 进行奇异值分解,得到 , 为 分解得到的对角阵, 为 分解得到的特征矩阵, 为 的转置,根据 、 、 计算得到变换矩阵 ,变换矩阵 就是需要得到的检测模型;步骤4、建立故障检测指标的计算公式;步骤5、根据故障检测指标是否超出阈值,判断工业过程的工况是否发生变化,若发生变化,则进行重采样并更新故障检测模型;步骤6、检测步骤3得到的测试集是否发生故障。
2.根据权利要求1所述的自适应慢特征分析的工业过程故障检测方法,其特征在于,所述步骤1具体按照以下步骤实施:利用传感器采集得到工业过程的 N 组监测数据,分为过程状态变量 m 为变量个数, 表征产品质量的关键变量, N 为变量长度。
3.根据权利要求2所述的自适应慢特征分析的工业过程故障检测方法,其特征在于,所述步骤2具体按照以下步骤实施:步骤2.1、以第 i 个过程状态变量 为横坐标,以关键变量 为纵坐标,绘制散点图,根据 和 的具体范围大小给定网格化参数 a 和 b ,对散点图进行 a 行 b 列网格化;步骤2.2、计算关键变量 和过程状态变量 的最大互信息值 ,其中, 和 分别是关键变量和待测变量某点, 是 和 的联合概率, , 分别是 y 和 x 的条件概率,对最大互信息值进行归一化得到 ;步骤2.3、通过改变步骤2.1中的网格化参数 a 和 b ,得到不同 a 和 b 值下的互信息值,从中选取最大值作为最大互信息系数MIC值,表示为 : (1)其中,网格化参数 a 和 b 的选择范围受阈值 B 限制;步骤2.4、分别计算其余过程状态变量与关键变量 Y 的最大互信息值,计算方法与步骤2.1、2.2和2.3相同,得到所有过程变量与关键变量的最大互信息系数,即 , ,…, ;步骤2.5、将最大互信息系数从大到小进行排序,选取与关键变量相关性较大的过程状态变量,作为训练模型,选取的数量为变量个数的60%。
4.根据权利要求3所述的自适应慢特征分析的工业过程故障检测方法,其特征在于,所述步骤4具体按照以下步骤实施:步骤4.1、利用步骤3得到的变换矩阵 计算检测指标,对 进行矩阵分解 , 为变换矩阵 的转置, 为 分解得到的对角阵, 为 分解得到的特征矩阵, 为 的转置;步骤4.2、计算平方预测误差 SPE 和霍特林统计量 : (2) (3)其中, I 为单位阵, 为测试集 某一时刻的数据, 为 的转置, SPE 和 就是希望得到的检测指标。
5.根据权利要求4所述的自适应慢特征分析的工业过程故障检测方法,其特征在于,所述步骤5具体按照以下步骤实施:步骤5.1、利用测试集中的数据,计算当前的数据的 值和 值,即 和 ,设定检测指标 的阈值为 ,检测指标 的变化量 的阈值为 ,检测指标 的阈值为 ,检测指标 的变化量 的阈值为 ,判断 、 、 、 ,若满足任意一个,则更新检测模型,即步骤5.2;若否,则判断是否发生故障,即步骤6;步骤5.2、对步骤3得到的 进行重新采样,计算测试集 的异常点与训练集 的第 i 个样本的距离 , ,其中, 为测试集样本 中的第 j 列向量, 为训练集样本 中的第 j 列向量,计算训练集中第 i 个样本的权重 ,再根据权重计算训练集中第 i 个样本的采样概率 ;步骤5.3、根据步骤5.2的方法计算步骤3得到的所有训练集样本的采样概率,重新采集步骤3得到的 ,得到新的训练集 ,将 输入到检测模型中,重新训练检测模型,即更新故障检测模型。
6.根据权利要求5所述的自适应慢特征分析的工业过程故障检测方法,其特征在于,所述步骤6具体按照以下步骤实施:步骤6.1、应用故障检测技术中常用的核密度估计方法分别计算 SPE 和 检测指标的控制限 和 ,称为故障阈值;步骤6.2、判断检测指标是否超出故障阈值,若超过故障阈值,则判断为发生故障,若未超过,则判断系统正常。