[发明专利]用于铝电解槽况故障诊断的优化权重相对主元分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及故障诊断领域，尤其涉及一种用于铝电解槽况故障诊断的优化权重相对主元分析方法。

背景技术

铝电解槽是一个复杂的、特殊的冶金工业设备，因其受到槽内电场、磁场、温度场等多种物理场耦合影响，易出现阴极破损、电解质漂浮碳渣、铝液波动等病槽和异常槽况现象。异常槽况如不能准确及时地诊断并调整控制策略，将严重影响到电解槽的生产效率和使用寿命。但是，由于铝电解槽的状态参数较多且耦合性强，较大的计算量给铝电解槽状态诊断带来很大难度。因此，铝电解槽况诊断一直以来都是工业控制领域研究的热点、难点。

在现有的槽况诊断方法中，主元分析(Principal Component Analysis，PCA)可以将铝电解高维的变量转换成低维主元进行槽况诊断，在保留原始数据信息的同时，利用少数几个相对独立的变量进行诊断，大大减少计算工作量，因此被广泛应用于槽况诊断中。但是，该方法在对原始矩阵进行标准化处理后，协方差矩阵的特征值大小近似相等，即原始的随机矩阵在几何上出现分布“均匀”的现象，很难提取到具有代表性的主元。参考文献【1-3】提出了相对主元分析(Relative Principal Component Analysis，RPCA)，RPCA将处于“平等”地位的各分量利用已有的专家经验赋予不同的权重，通过相对化处理，将“均匀”分布的量突显出来，以便更好地提取出具有代表性的主元。但是针对各主元相应权重的确定，并没有给出一个相对有效的准则，如果根据已有的专家经验按照各分量的物理意义确定固然是一种较好的方法，但是过分依赖专家经验并不一定能达到最优的诊断效果。

现有技术的缺陷是：在相对主元分析方法中，各主元相应权重的确定，主要是依靠专家经验来赋值给出，没有给出一个相对有效的准则，并不总是能得到最优的诊断效果。

参考文献：

[1]文成林,胡静,王天真,等.相对主元分析及其在数据压缩和故障诊断中的应用研究[J].自动化学报,2008,34(9):1128-1139.

[2]王天真,汤天浩,文成林,等.相对主元分析方法及其在故障检测中的应用[J].系统仿真学报,2007,19(13):2889-2894.

[3]胡静,刘荣利,文成林.基于相对主元分析的故障检测与诊断方法[J].弹箭与制导学报,2007,27(3):329-331.

发明内容

本发明的主要目的是，提供一种优化主元权重的方法，能够产生一个最优的相对转换矩阵，通过相对化处理，将“均匀”分布的量突显出来，以便更好地提取出具有代表性的主元，从而提高铝电解槽况故障诊断的精确度。

为了实现上述目的，本发明表述了一种用于铝电解槽况故障诊断的优化权重相对主元分析方法，其关键在于：包括下列步骤：

步骤一，随机采集n组铝电解槽况数据组成原始测量样本集X＝[x₁,x₂,…,x_n]∈R^m×n，每个样本含有m个独立的铝电解槽况参数采样值；

步骤二，对原始测量样本集X进行标准化处理，得到标准化后样本矩阵X^*；

标准化处理的目的主要是为了消除量纲不同带来的虚假变异影响，影响主元的选取。标准化处理的具体内容可参见参考文献【1】。

步骤三，在[0,50)范围内随机产生相对转换矩阵Λ，所述相对转换矩阵Λ为对角矩阵：