數(shù)據(jù)驅動的工業(yè)過程在線監(jiān)測與故障診斷

第1章　概述 001
1.1　在線監(jiān)測與故障診斷研究背景與意義 002
1.1.1　研究背景 002
1.1.2　研究意義 004
1.2　在線監(jiān)測與故障診斷定義 004
1.2.1　什么是故障 004
1.2.2　過程監(jiān)測定義 005
1.3　在線監(jiān)測與故障診斷方法 007
1.3.1　基于知識的方法 007
1.3.2　基于解析模型的方法 008
1.3.3　基于數(shù)據(jù)驅動的方法 009
1.4　數(shù)據(jù)驅動在線監(jiān)測與故障診斷發(fā)展現(xiàn)狀 012
1.4.1　發(fā)展歷史 012
1.4.2　研究現(xiàn)狀及其存在的主要問題 013
參考文獻 015
第2章　大規(guī)模多單元過程的分布式監(jiān)測 021
2.1　大規(guī)模多單元過程定義和特性 022
2.2　大規(guī)模多單元過程監(jiān)測研究現(xiàn)狀 022
2.3　基于性能驅動的分塊分布式監(jiān)測方法 026
2.3.1　故障相關變量優(yōu)選 026
2.3.2　故障相關變量優(yōu)選分布式PCA故障檢測  027
2.3.3　故障相關變量優(yōu)選分布式PCA故障隔離 028
2.3.4　實驗分析與結果討論 030
2.4　基于變量相關關系分塊的分布式監(jiān)測方法 042
2.4.1　基于互信息與譜聚類分塊的分布式監(jiān)測方法 042
2.4.2　仿真案例及分析 046
2.5　基于正則化典型相關分析的分布式監(jiān)測方法 058
2.5.1　相關基礎知識 059
2.5.2　面向分布式故障檢測的GA-正則化CCA 064
2.5.3　數(shù)值模擬案例和應用研究 068
參考文獻 077
第3章　多模態(tài)工業(yè)過程在線監(jiān)測 081
3.1　多模態(tài)過程定義和特性 082
3.2　多模態(tài)過程監(jiān)測研究現(xiàn)狀 082
3.2.1　多模型方法研究現(xiàn)狀 083
3.2.2　單模型方法研究現(xiàn)狀 085
3.3　離線模態(tài)劃分與在線結果確定方法 086
3.3.1　增廣矩陣和局部離群因子相結合的模態(tài)劃分方法 090
3.3.2　時間窗口與遞歸局部離群因子相結合的模態(tài)劃分方法 093
3.3.3　基于兩步貝葉斯融合的模型整合策略 099
3.3.4　基于局部離群因子的模型選擇策略 100
3.3.5　仿真案例及分析 101
3.4　多模態(tài)過程監(jiān)測單模型方法 107
3.4.1　理論基礎 108
3.4.2　時空局部保持協(xié)調方法 109
3.4.3　統(tǒng)計量及控制限 115
3.4.4　時空局部保持協(xié)調仿真案例及分析 116
參考文獻 121
第4章　非線性過程在線監(jiān)測 127
4.1　非線性過程定義與特征 128
4.2　基于并行PCA-KPCA的非線性過程監(jiān)測方法 129
4.2.1　相關基礎知識 129
4.2.2　基于P-PCA-KPCA的非線性過程監(jiān)測 132
4.2.3　應用實例研究 136
4.3　基于局部加權典型相關分析的非線性過程監(jiān)測方法 147
4.3.1　CCA故障檢測基礎知識 147
4.3.2　局部加權模型必要性分析 148
4.3.3　JITL-LWCCA過程監(jiān)測 150
4.3.4　實驗研究 152
4.4　基于獨立-聯(lián)合學習神經(jīng)網(wǎng)絡的非線性過程監(jiān)測方法 164
4.4.1　SAE基礎知識 165
4.4.2　動機和問題描述 166
4.4.3　基于IJL的監(jiān)測 166
4.4.4　附注 169
4.4.5　實驗研究與應用 171
參考文獻 179
第5章　關鍵性能指標相關過程在線監(jiān)測  185
5.1　關鍵性能指標監(jiān)測意義 186
5.2　關鍵性能指標監(jiān)測研究現(xiàn)狀 187
5.2.1　關鍵性能指標預測 187
5.2.2　關鍵性能指標相關過程監(jiān)測 188
5.3　多類型性能指標故障監(jiān)測方法 191
5.3.1　關鍵性能指標加性故障監(jiān)測方法 193
5.3.2　關鍵性能指標乘性故障監(jiān)測方法 196
5.3.3　過程加性/乘性故障并行在線監(jiān)測 198
5.3.4　關鍵性能指標加性/乘性故障監(jiān)測仿真案例及分析 199
5.4　全流程過程關鍵性能指標監(jiān)測方法 211
5.4.1　多子塊獨立元-主元回歸方法 212
5.4.2　多子塊獨立元-主元回歸方法仿真案例及分析 218
5.5　基于前處理的關鍵性能指標監(jiān)測方法  227
5.5.1　問題描述 227
5.5.2　時序約束NPE方法描述 228
5.5.3　時序信息約束嵌入方法描述 231
5.5.4　指標相關特征提取方法 236
5.5.5　指標監(jiān)測策略 238
5.5.6　基于前處理的關鍵性能指標監(jiān)測方法實驗案例分析 239
5.6　基于后處理的關鍵性能指標監(jiān)測方法 248
5.6.1　問題描述 248
5.6.2　增強典型成分分析 249
5.6.3　算法分析 252
5.6.4　指標監(jiān)測策略 254
5.6.5　基于后處理的指標相關過程監(jiān)測方法實驗案例分析 256
參考文獻 269
第6章　動態(tài)時變工業(yè)工程在線監(jiān)測 275
6.1　動態(tài)時變過程研究背景及現(xiàn)狀 276
6.2　局部離群概率和局部離群因子 278
6.2.1　局部離群概率算法 278
6.2.2　局部離群因子算法 279
6.3　基于MWLOF和MWLoOP的故障檢測算法 280
6.3.1　基于MWLOF的在線模型更新 281
6.3.2　基于MWLoOP的在線模型更新 284
6.4　基于MWLOF和MWLoOP的時變多工況過程故障檢測 285
6.4.1　基于MWLOF算法的故障檢測流程 286
6.4.2　基于MWLoOP算法的故障檢測流程 287
6.5　仿真案例及分析 289
6.5.1　數(shù)值仿真應用研究 289
6.5.2　CSTR過程仿真應用研究 297
參考文獻 310
第7章　非穩(wěn)態(tài)間歇過程在線監(jiān)測 313
7.1　非穩(wěn)態(tài)間歇過程的特點與研究現(xiàn)狀 314
7.2　基于時間片CCA的間歇過程關鍵單元監(jiān)測方法 316
7.2.1　對于間歇過程基于時間片CCA的故障檢測 316
7.2.2　時間片CCA故障檢測方法的特點 319
7.2.3　應用案例 319
參考文獻 328
第8章　故障溯源診斷 331
8.1　故障溯源診斷研究背景和意義 332
8.2　故障溯源診斷方法研究現(xiàn)狀 333
8.3　基于貢獻圖的故障溯源診斷方法研究  334
8.3.1　基于主成分分析的故障檢測 334
8.3.2　完全分解貢獻圖法 335
8.3.3　部分分解貢獻圖法 336
8.3.4　基于重構的貢獻圖法 337
8.3.5　仿真案例分析 338
8.4　基于傳播演化路徑的故障溯源診斷方法研究 342
8.4.1　貝葉斯網(wǎng)絡 342
8.4.2　格蘭杰因果關系檢驗 346
8.4.3　傳遞熵 349
8.4.4　仿真案例及分析 353
8.5　基于多塊卷積變分信息瓶頸的故障診斷方法研究 364
8.5.1　概述 364
8.5.2　基于過程機理的變量分塊方法 365
8.5.3　并行多塊1-D CNN建模策略 366
8.5.4　變分信息瓶頸模型 367
8.5.5　基于MBCVIB的故障診斷方法 368
8.5.6　仿真實驗與分析 370
8.6　針對大規(guī)模工業(yè)過程故障診斷的多塊自適應卷積核神經(jīng)網(wǎng)絡 375
8.6.1　概述 375
8.6.2　過程分解 377
8.6.3　過程預處理 377
8.6.4　特征提取 377
8.6.5　特征加權 378
8.6.6　模型訓練和故障診斷 379
8.6.7　仿真實驗及分析 380
參考文獻 387