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专利号: 2021104401947
申请人: 宁波大学科学技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-04-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于多块相关成分分析的聚丙烯生产过程异常检测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤(1):确定聚丙烯生产过程的测量变量,具体包括四个反应釜的28个测量变量;其中,每个反应釜都涉及7个测量变量,依次是:反应釜温度,反应釜压力,反应釜液位,氢气进料流量,丙烯进料流量,催化剂进料流量,和回流流量;

步骤(2):根据确定的测量变量,连续采集N个采样时刻的样本数据,再将测量变量对应N×28的样本数据存储为一个N×28维的数据矩阵X∈R 后,根据如下所示公式分别对X中的列向量z1,z2,…,z28实施标准化处理,对应得到数据矩阵N×28 N×1

其中,R 表示N×28维的实数矩阵,R表示实数集,μk与δk分别表示列向量zk∈R 中所有元素的均值与标准差,k∈{1,2,…,28},表示数据矩阵 中第k列的列向量;

步骤(3):根据每个反应釜所涉及的测量变量,对应的将数据矩阵 划分成四个子块矩N×7 N×7阵X1,X2,X3,X4;其中,Xb∈R 是聚丙烯生产过程中第b个反应釜对应的子块矩阵,R 表示N×7维的实数矩阵,b∈{1,2,3,4};

步骤(4):根据如下所示步骤(4.1)至步骤(4.6)对四个子块矩阵X1,X2,X3,X4实施多块相关成分分析,从而得到各个子块矩阵对应的相关变换矩阵Wb,载荷矩阵Pb,相关成分矩阵Sb,和残差矩阵Eb;

步骤(4.1):设置阈值σ后,再初始化d=1;

7×1 7×1 7×1 7×1

步骤(4.2):随机初始化四个变换向量w1∈R ,w2∈R ,w3∈R ,和w4∈R 后,设置b=1;

步骤(4.3):求解广义特征值问题 中最大特征值λb对应的特征向量vb,再根据公式 更新变换向量wb;其中,上标号T表示矩阵或向量的转置,矩阵θb的计算方式如下所示:

上式中,c∈{1,2,3,4},当b≠c时,Hb,c=1,当b=c时,Hb,c=0;

步骤(4.4):判断是否满足b<4;若是,则设置b=b+1后,返回步骤(4.3);若否,则得到更新后的变换向量w1,w2,w3,w4,再执行步骤(4.5);

步骤(4.5):判断四个变换向量w1,w2,w3,w4是否都收敛;若否,则设置b=1后返回步骤(4.3);若是,则计算相关系数J=(λ1+λ2+λ3+λ4)/4后,执行步骤(4.6);

步骤(4.6):判断相关系数J是否大于阈值σ;若是,则先分别根据公式sb=Xbwb和计算相关成分向量sb和载荷向量pb,再根据公式 更新子块矩阵X1,X2,X3,X4,并设置相关变换矩阵W1,W2,W3,W4中第d列的列向量分别等于w1,w2,w3,w4,设置载荷矩阵P1,P2,P3,P4中第d列的列向量分别等于p1,p2,p3,p4,设置相关成分矩阵S1,S2,S3,S4中第d列的列向量分别等于s1,s2,s3,s4后,再设置d=d+1后再返回步骤(4.2);若否,则得到四个子块矩阵对应的相关变换矩阵W1,W2,W3,W4,载荷矩阵P1,P2,P3,P4,和相关成分矩阵S1,S2,S3,S4,并通过设置Eb=Xb可得到残差矩阵E1,E2,E3,E4;

步骤(5):根据 分别对残差矩阵E1,E2,E3,E4实施奇异值分解,并保留分解矩阵 其中,b∈{1,2,3,4},对角矩阵Λb对角线上的元素由非零奇异值组成,Ub和Vb是奇异值分解的两个酉矩阵, 表示Λb的逆矩阵;

步骤(6):分别根据公式 和 计算异常检测指标向量ψb和

Qb后,再分别将ψb和Qb中的元素最大值记录为 和 其中,diag( )表示将括号中矩阵对角线的元素转变成向量的操作;

步骤(7):根据公式如下所示公式计算异常综合检测指标向量D后,将D中的最大值记录为Dlim:步骤(8):在最新采样时刻t,采集测量变量对应的样本数据xt(1),xt(2),…,xt(28),并根据如下所示公式分别对其进行标准化处理,从而得到数据向量其中,k∈{1,2,…,28}, 表示输入向量 中的第k个元素;

步骤(9):根据每个反应釜所涉及的测量变量,对应的将数据向量 划分成四个子块向量 后,再根据 和 分别计算相关特征向量 和残差向量eb;

步骤(10):根据 和 分别计算异常检测指标 和qb后,再根据如下所示公式计算最新采样时刻t对应的异常综合检测指标Dt:

步骤(11):判断是否满足条件:Dt≤Dlim;若是,则当前采样时刻聚丙烯生产过程未出现异常,返回步骤(8)继续实施对最新采样时刻的异常检测;若否,则执行步骤(12)决策是否触发异常警报;

步骤(12):返回步骤(8)继续实施对最新采样时刻的异常检测,直至得到连续6个最新采样时刻的异常综合检测指标后,再判断这6个异常综合检测指标是否都大于Dlim;若是,则触发异常警报;若否,则不触发异常警报,并返回步骤(8)继续实施对最新采样时刻的异常检测。