[发明专利]一种基于核相似度支持向量数据描述的间歇过程故障检测方法

说明书

本发明公开了一种基于核相似度支持向量数据描述的间歇过程故障检测方法，属于间歇过程监测技术领域。首先，该方法使用正常工况的间歇过程数据作为训练样本，利用支持向量数据描述构造包含训练样本的最小超球体，计算待检测间歇过程数据样本的超球球心距，获得待检测样本与支持向量之间的核函数值，并将获得的核函数值作为相似度权重；然后，基于相似度权重对不同时刻的支持向量球心距加权求和，得到待检测样本的动态控制限；最后通过判断待检测样本的球心距是否超过其动态控制限，检测间歇过程故障。本方法无需新增人为设定参数，对特性差异较大的过程数据具有较好的适应性，提高了间歇过程故障检测的准确性。

技术领域

本发明涉及一种间歇过程故障检测的方法，属于间歇过程监测技术领域，尤其涉及一种基于核相似度支持向量数据描述的间歇过程故障检测方法。

背景技术

间歇过程是重要的工业生产方式，具有生产灵活、产品附加值高等特点，广泛应用于食品、精细化工、医药等领域。过程故障检测方法及技术对确保间歇过程安全生产、可靠运行，以及提高产品质量具有重要作用。

控制图方法能监测工业生产过程运行参数和质量指标的变化，检测生产过程故障。在工业生产过程故障检测中控制图方法均假设过程数据服从正态分布，然而间歇过程数据通常具有时变、高维和非正态分布等特征，并不满足这一假设，因此制约了其在复杂的间歇过程故障检测中的实际应用和推广。基于核距离控制图支持向量数据描述的过程故障检测方法能够用于高维间歇过程数据处理和间歇过程故障检测，该方法虽然不要求过程数据服从正态分布，但是对于不同支持向量计算所得的不同球心距，选择了历史过程数据中最大的核距离作为其故障判定阀值，没有考虑高维空间中超球体的不规则性，以及过程数据在高维空间分布的局部特性和待检测过程数据样本的时变性，因此，降低了间歇过程故障检测的准确性。

发明内容

本发明的目的是针对现有基于核距离控制图支持向量数据描述的间歇过程故障检测方法的缺陷，提供一种基于核相似度支持向量数据描述的间歇过程故障检测方法，提高间歇过程故障检测的准确性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种基于核相似度支持向量数据描述的间歇过程故障检测方法，该方法使用正常工况的间歇过程数据作为训练样本，采用支持向量数据描述构造包含训练样本的最小超球体，将间歇过程数据待检测样本与支持向量之间的核函数值作为相似度权重，利用该相似度对不同时刻的支持向量球心距加权求和，得到待检测间歇过程数据样本的动态控制限，通过判断待检测样本的球心距是否超过其动态控制限，实现间歇过程故障检测。该方法综合考虑高维空间中超球体的不规则性和过程数据在高维空间分布的局部特性，以及间歇过程数据待检测样本的时变性，引入核相似度作为故障检测控制限计算的动态权重，提高了间歇过程故障检测的准确性。

一种基于核相似度支持向量数据描述的间歇过程故障检测方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤一：采集正常工况的间歇过程数据，作为支持向量数据描述所使用的训练样本，构造包含训练样本的最小超球体，得到训练样本的支持向量集合及其对应的拉格朗日乘子，并计算每个支持向量所对应的超球球心距。

步骤二：采集待检测间歇过程数据样本，在步骤一的基础之上，利用待检测样本、支持向量、拉格朗日乘子计算待检测样本的超球球心距。

步骤三：计算待检测样本与各支持向量之间的核函数值，将获得的核函数值作为相似度权重，对权重进行标准化处理，得到核相似度权值，并将得到的核相似度权值与步骤一所得的支持向量球心距加权求和，获得待检测样本所对应的间歇过程故障检测动态边界阀值。

步骤四：比较步骤二得到的待检测样本球心距与步骤三得到的动态边界阀值，若待检测样本球心距超过动态边界阀值，即判定该过程点存在故障，实现间歇过程故障检测。

所述步骤一，具体包括：