[发明专利]基于先验知识的核灵活流形嵌入电熔镁炉故障监测方法

说明书

基于先验知识的核灵活流形嵌入电熔镁炉故障监测方法，属于故障检测与诊断技术领域，包括：对电熔镁炉运行过程历史数据集中部分数据进行故障种类标记；将历史数据映射到高维空间；建立可以获得故障预测矩阵的优化模型并利用包括标记数据的历史数据集计算故障预测矩阵；实时获取电熔镁炉监测数据，利用历史数据和故障预测矩阵计算故障监测矩阵，得到监测数据故障类型；本发明将先验知识转换成机器能够识别的知识，实现老工人不在现场，电熔镁炉能安全、稳健运行；在故障预测矩阵中加入回归残差矩阵，使预测矩阵模型更灵活，泛化能力更强；使用核灵活流形嵌入方法，避免由于数据维数过高出现数据灾难，实现对非线性系统的处理和故障诊断。

技术领域

本发明属于故障检测与诊断技术领域，具体涉及基于先验知识的核灵活流形嵌入电熔镁炉故障监测方法。

背景技术

电熔镁砂是一种广泛应用于化学、航天、冶金等领域的重要耐火材料，在我国，主要利用三相交流电熔镁炉来生产电熔镁砂。电熔镁炉实际上是一种埋弧炉，属于矿热炉而不是电弧炉，其主要以熔融状态下电流通过物料所产生的物料电阻热为主要热源，同时伴有电弧热，它的热量集中，能有效的将物料加热到熔点2800℃以上，有利于熔炼电熔镁砂。电熔镁炉的整体设备组成主要包括：变压器、电路短网、电极、电极升降装置以及炉体等。炉边设有控制室，可控制电极升降。电熔镁炉的基本工作原理示意如图1所示。

炉体是电熔镁炉的主要设备装置，是生产电熔镁砂的主要反应区，物料的熔化、排析、结晶过程都在炉体内完成，其由炉底的钢板以及炉壳构成，熔炉被放置在小车上，炉壳一般为圆柱形，也可以做成锥台形。电极把持器是电极升降装置不可缺少的一部分，其不但可以用来调节电极的松紧程度，灵活的夹放电极，还可以把电流传送到电极上，电极把持器固定在升降台上，将电极夹持至一定的高度位置，就可以把经过变压器处理的电流传送到电极上，在熔化过程中，随着物料的不断熔化，同时向上提高电极，当炉体内物料熔化过程完成后，将电极移出炉体，通过小车将炉体送到冷却室进行自然冷却结晶，最终形成密度大、熔点高的氧化镁晶体。

电熔镁砂的熔炼过程是一个非常复杂的过程，其生产受到了许多因数的影响，其具有非线性、强耦合、时变性等特点而且控制难度很大，在我国，主要还是采用现场控制，依靠人的观察来进行生产控制，自动化程度低，往往导致故障频繁和异常情况时有发生，其中由于电极执行器故障等原因导致电极距离电熔镁炉的炉壁过近，使得炉温异常，导致电熔镁炉的炉体熔化，从而导致大量的财产损失以及危害人身安全。另外，由于炉体固定，执行器异常等原因导致电极长时间位置不变造成炉温不均，造成距离电极附近温度高，而距离电极远的区域温度低，一旦电极附近区域温度过高，容易造成“烧飞”炉料；而远离电极的区域温度过低形成死料区，这将严重影响产品产量和质量。这就需要及时地检测过程中异常和故障，因此，对电熔镁炉工作过程进行过程监测是十分必要和有意义的。

在生产过程中，经验丰富的工人能够保证生产安全进行且获得高质量的产品，然而，这样的生产效果，一般的工人却很难实现，由此如何利用老工人的经验知识来实现工业生产监控，成为了重要的研究方向。在过去几年里，很多过程监控算法被提出，而这些算法都没有充分利用老工人的经验知识来实现实际工业的过程监控。

在工业的故障诊断中，由于实际工业一般为非线性系统，其实际生产中的数据为非线性数据，很难在原始的低维空间被区分开，因此需要将原始数据通过非线性映射函数投影到高维空间，从而在高维空间实现非线性系统的线性化近似处理，使得数据能被区分开。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供基于先验知识的核灵活流形嵌入电熔镁炉故障监测方法。

本发明的技术方案：

基于先验知识的核灵活流形嵌入电熔镁炉故障监测方法，包括如下步骤：