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局部时差约束邻域保持嵌入算法在故障检测中的应用

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化工学报 2022年第7期73卷 3109-3119页

作者：王琨侍洪波谭帅宋冰陶阳华东理工大学能源化工过程智能制造教育部重点实验室上海200237

传统的邻域保持嵌入(neighborhood preserving embedding,NPE)算法通过k近邻(k-nearest neighbors,k-NN)方法选择邻域进行重构来实现降维。但在实际工业过程中采集的样本具有时序相关性,仅仅通过欧氏距离选择近邻样本不能充分反映数据... 详细信息

传统的邻域保持嵌入(neighborhood preserving embedding,NPE)算法通过k近邻(k-nearest neighbors,k-NN)方法选择邻域进行重构来实现降维。但在实际工业过程中采集的样本具有时序相关性,仅仅通过欧氏距离选择近邻样本不能充分反映数据中包含的信息,从而影响检测效果。因此,提出一种局部时差约束邻域保持嵌入(local time difference constrained neighborhood preserving embedding,LTDCNPE)算法,充分考虑样本间的时间和空间关系,从而建立准确的故障检测模型。首先,该算法在固定尺度的时间窗内,根据样本的时序关系和空间特征挑选出邻域。其次,利用样本间的时间差异为邻域样本进行加权,使数据特征保留了高维空间的局部结构。然后,对降维后得到的主元空间和残差空间构建T和SPE统计量并确定控制限。最后,通过数值例子和Tennessee Eastman(TE)过程仿真验证LTDCNPE算法的有效性。

关键词：过程控制过程系统动态建模邻域保持嵌入算法邻域选择故障检测

基于VAE-OCCA的质量相关故障检测方法研究

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化工学报 2023年第4期74卷 1630-1638页

作者：宋冰郑城风侍洪波陶阳谭帅华东理工大学能源化工智能制造教育部重点实验室上海200237

由于闭环反馈系统的存在,并不是所有故障均会导致质量发生恶化。质量变量通常难以获得或具有一定的延迟,传统的无监督方法不能在检测过程是否正常的同时判断故障对质量的影响。典型相关分析(canonical correlation analysis,CCA)是一种... 详细信息

由于闭环反馈系统的存在,并不是所有故障均会导致质量发生恶化。质量变量通常难以获得或具有一定的延迟,传统的无监督方法不能在检测过程是否正常的同时判断故障对质量的影响。典型相关分析(canonical correlation analysis,CCA)是一种经典的有监督方法,可以考虑输入输出间的关系,已被用于质量相关故障检测。然而,过程数据存在着维度高、非线性等问题,流程系统的复杂性使得CCA对于隐藏特征的捕获更具挑战性。提出了一种变分自编码器-正交典型相关分析(variational automatic encoder-orthogonal CCA,VAE-OCCA)方法。首先,利用变分自编码器对输入数据进行无监督自适应学习,实现对高维非线性过程变量的特征提取;进而,基于典型相关分析方法考虑输入输出关系,利用得到的相关系数矩阵进行奇异值分解建立质量相关和质量无关监测统计量;最后,通过工业案例测试说明提出方法的有效性及优越性。

关键词：故障检测过程监测典型相关分析变分自编码器质量相关

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基于时序关联分析的旋转机械故障诊断

振动与冲击 2022年第8期41卷 171-178页

作者：谭帅马遥侍洪波常玉清郭磊华东理工大学信息科学与工程学院上海200237 东北大学信息科学与工程学院沈阳110819

随着大型旋转机械设备的广泛应用,高速旋转机械的故障诊断得到越来越多的关注。旋转机械的周期旋转特性导致信号间存在很强的时序关联关系,当故障发生时,故障特性会在旋转周期间逐渐传递。该研究分析滚动轴承不同类型故障、不同损伤程... 详细信息

随着大型旋转机械设备的广泛应用,高速旋转机械的故障诊断得到越来越多的关注。旋转机械的周期旋转特性导致信号间存在很强的时序关联关系,当故障发生时,故障特性会在旋转周期间逐渐传递。该研究分析滚动轴承不同类型故障、不同损伤程度振动信号时序相关特性的差异度,提出了周期记忆神经网络(periodization long short-term memory,P-LSTM)故障诊断方法。该方法首先提取旋转机械周期内数据特征,并利用记忆因子对特性在周期间的传递规律进行选择性遗忘,学习其周期间的时序相关特征,从而实现滚动轴承的故障诊断。最后利用滚动轴承多类故障数据对所提出方法进行性能分析和试验,验证了P-LSTM方法学习旋转机械周期间的时序相关特性的有效性,以及进行故障诊断的准确度。

关键词：时序相关性长短时记忆滚动轴承特征提取故障诊断

基于双子空间并行回归的化工过程质量相关故障检测方法

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化工学报 2023年第11期74卷 4600-4610页

作者：宋冰郭涛侍洪波谭帅陶阳马浴阳华东理工大学能源化工过程智能制造教育部重点实验室上海200237 中铁十四局集团有限公司山东济南250000

邻域保持嵌入(neighborhood preserving embedding,NPE)是一种常用的无监督学习方法,在故障检测领域得到了广泛应用。由于NPE提取的数据特征无法解释输入数据和输出数据之间的关系,因此在化工过程质量相关故障检测方面存在局限性。另外,... 详细信息

邻域保持嵌入(neighborhood preserving embedding,NPE)是一种常用的无监督学习方法,在故障检测领域得到了广泛应用。由于NPE提取的数据特征无法解释输入数据和输出数据之间的关系,因此在化工过程质量相关故障检测方面存在局限性。另外,NPE在提取数据流形结构时忽略了动态信息的表征。为了解决上述问题,基于NPE和慢特征分析(slow feature analysis,SFA)算法提出了一种名为双子空间并行回归(twin-space parallel regression,TSPR)的质量相关故障检测方法,该方法能够同时提取数据的流形特征和变化速度信息。首先,通过基于互信息的策略将原始过程空间分为序列相关子空间和序列无关子空间,以应对变量在时间序列相关性的差异。其次,在两个子空间中分别应用提出的邻域保持-慢特征嵌入算法(neighborhood preserving-slow feature embedding regression,NP-SFE)和NPE算法提取数据的有效结构特征,并同时用最小二乘回归在两个特征子空间中构建过程变量与质量变量的回归关系。随后,通过对回归系数的协方差矩阵分解,得到质量相关子空间和质量无关子空间,进而在相应子空间建立统计量并估计其控制限。最后,将所提方法在典型案例上进行测试验证,以说明所提方法的有效性和合理性。

关键词：邻域保持嵌入慢特征分析质量相关最小二乘回归故障检测

基于邻域保留空间中模糊C聚类的多模态过程监控(英文)

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Chinese Journal of Chemical Engineering 2012年第6期20卷 1174-1179页

作者：解翔侍洪波 Key Laboratory of Advanced Control and Optimization for Chemical Processes East China University of Science and TechnologyMinistry of Education

For complex industrial processes with multiple operational conditions, it is important to develop effective monitoring algorithms to ensure the safety of production processes. This paper proposes a novel monitoring strategy based on fuzzy C-means. The high dimensional historical data are transferred to a low dimensional subspace spanned by locality preserving projection. Then the scores in the novel subspace are classified into several overlapped clusters, each representing an operational mode. The distance statistics of each cluster are integrated though the membership values into a novel BID (Bayesian inference distance) monitoring index. The efficiency and effectiveness of the proposed method are validated though the Tennessee Eastman benchmark process.

关键词：模糊C-均值子空间过程监控投影监测算法贝叶斯推理操作条件

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非满载车辆路径问题的改进粒子群优化算法

华东理工大学学报（自然科学版） 2006年第7期32卷 767-771,896页

作者：罗先国侍洪波华东理工大学自动化研究所上海200237

将局部版粒子群算法应用于非满载车辆路径问题,设计了一种实数编码方案,线性调整惯性权值,改进粒子更新公式,建立了解决该问题的粒子群算法。用该算法求解了两个车辆路径问题的算例,并与遗传算法和标准粒子群算法进行了比较。结果表明:... 详细信息

将局部版粒子群算法应用于非满载车辆路径问题,设计了一种实数编码方案,线性调整惯性权值,改进粒子更新公式,建立了解决该问题的粒子群算法。用该算法求解了两个车辆路径问题的算例,并与遗传算法和标准粒子群算法进行了比较。结果表明:该算法提高了搜索最优路径的成功率,能更有效地求解非满载车辆路径问题。

关键词：车辆路径问题粒子群优化优化

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带丢包一致性滤波算法研究

自动化学报 2010年第12期36卷 1689-1696页

作者：王帅杨文侍洪波华东理工大学信息科学与工程学院自动化系上海200237

提出了一种基于一致性的分布式滤波算法,针对实际应用中存在的网络丢包问题,重点研究了有丢包时的分布式滤波算法,通过理论分析给出了估计误差系统收敛的充分条件.应用数值仿真将本文提出的算法与已有的经典滤波算法分别在理想状况与有... 详细信息

提出了一种基于一致性的分布式滤波算法,针对实际应用中存在的网络丢包问题,重点研究了有丢包时的分布式滤波算法,通过理论分析给出了估计误差系统收敛的充分条件.应用数值仿真将本文提出的算法与已有的经典滤波算法分别在理想状况与有丢包状况时进行比较,研究表明本算法在丢包时具有较优的滤波效果.并进一步研究了一致性步长对估计误差协方差的影响,发现存在估计误差达到最小值的最优步长.最后,研究了丢包率对算法的影响,发现起"领导"作用的传感器在滤波时发挥重要作用,可通过控制这些传感器的丢包率来减小丢包对整个网络系统的影响.

关键词：分布式滤波一致性算法卡尔曼滤波传感器网络多智能体系统

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基于支持向量机的化工过程故障诊断

华东理工大学学报（自然科学版） 2004年第3期30卷 315-317页

作者：陈剑雪侍洪波上海工程技术大学电子电气工程学院上海200065 华东理工大学自动化研究所上海200237

引入了基于统计学习理论的支持向量机技术,以连续搅拌釜式反应器——CSTR模型为例,研究了非线性化工复杂反应过程的故障诊断问题。实验结果表明,支持向量机方法与传统故障诊断方法相比,具有更好的精度、速度以及适应性。

关键词：故障诊断连续搅拌釜式反应器支持向量机 BP神经网络小波网络

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基于核独立元分析的间歇过程在线监控

化工学报 2010年第5期61卷 1183-1189页

作者：王丽侍洪波华东理工大学自动化研究所上海200237

针对间歇过程独特的数据特点,提出了一种基于核独立元分析(kernelICA)的局部在线建模监控方法。核独立元分析通过规范相关性将比较函数扩展到一个再生的核希尔伯特空间,并用核的方法在此空间对比较函数进行计算和寻优。对含有多种分布... 详细信息

针对间歇过程独特的数据特点,提出了一种基于核独立元分析(kernelICA)的局部在线建模监控方法。核独立元分析通过规范相关性将比较函数扩展到一个再生的核希尔伯特空间,并用核的方法在此空间对比较函数进行计算和寻优。对含有多种分布的过程源数据,核独立元分析是一种比独立元分析(ICA)更有效的特征提取方法。对于按批次方向展开的间歇过程历史建模数据,在每一个时间间隔点应用核独立元分析算法提取独立元用于建模,并计算I2和SPE统计量及相应的控制限。此方法不需要对未来测量值进行估计,更重要的是解决了核独立元分析不能直接处理间歇过程高维历史建模数据的难题。仿真结果验证了所提出方法的可行性和有效性,并显示出比传统MICA更好的监控效果。

关键词：间歇过程过程监测局部模型核独立元分析