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联合指标独立成分分析在多变量过程故障诊断中的应用 被引量:22
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作者 樊继聪 王友清 秦泗钊 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第5期494-501,共8页
作为主成分分析(Principal component analysis,PCA)和因子分析(Factor analysis,FA)的扩展,独立成分分析(Independent component analysis,ICA)已经在多变量过程故障诊断中得到了很多的应用和发展.ICA的监测指标通常有三个(I2、I2e和SP... 作为主成分分析(Principal component analysis,PCA)和因子分析(Factor analysis,FA)的扩展,独立成分分析(Independent component analysis,ICA)已经在多变量过程故障诊断中得到了很多的应用和发展.ICA的监测指标通常有三个(I2、I2e和SPE),使用起来不如一个指标方便,且分散了故障信息.本文利用三个指标的加权和,提出了两种联合的ICA监测指标.本文进一步对比分析了不同指标的统计意义和物理意义,并在仿真数据中验证了联合指标的优势,在TE过程中验证了其检测和诊断特性. 展开更多
关键词 多变量过程 故障诊断 独立成分分析 联合指标
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过程工业大数据建模研究展望 被引量:88
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作者 刘强 秦泗钊 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第2期161-171,共11页
人们对大数据的认识已从"3Vs"(Volume—大容量;Variety—多样性;Velocity—处理实时性)、"4Vs"("3Vs"与Value—价值)、到现今的"5Vs"("4Vs"与Veracity—真实性).在此背景下,首先分... 人们对大数据的认识已从"3Vs"(Volume—大容量;Variety—多样性;Velocity—处理实时性)、"4Vs"("3Vs"与Value—价值)、到现今的"5Vs"("4Vs"与Veracity—真实性).在此背景下,首先分析过程工业大数据的"5Vs"特性;接下来,综述现有数据建模方法,并结合过程工业大数据特有性质(包括:多层面不规则采样性、多时空时间序列性、不真实数据混杂性)论述现有数据建模方法应用于工业大数据建模时的局限;最后,探讨过程工业大数据建模有待研究的问题,包括:1)多层面不规则采样数据的潜结构建模;2)用于事件发现、决策和因果分析的多时空时间序列数据建模;3)含有不真实数据的鲁棒建模;4)支持实时建模的大容量数据计算架构与方法. 展开更多
关键词 过程工业大数据 多层面数据潜结构建模 多时空时间序列数据建模 大数据计算架构
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从模型预测控制技术50年看成功的技术突破
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作者 秦泗钊 《控制工程》 CSCD 北大核心 2023年第8期1402-1407,共6页
模型预测控制(model predictive control, MPC)是一种使用数学模型在有限时间内实时优化控制系统的技术。MPC自20世纪70年代问世以来,已广泛应用于化学工程、炼油、先进制造、机器人和航空航天等各个领域。机器学习(machine learning, ... 模型预测控制(model predictive control, MPC)是一种使用数学模型在有限时间内实时优化控制系统的技术。MPC自20世纪70年代问世以来,已广泛应用于化学工程、炼油、先进制造、机器人和航空航天等各个领域。机器学习(machine learning, ML)是人工智能的一个分支,研究如何使计算机从数据中学习并执行需要人类智能的任务。随着神经网络、遗传算法和专家系统的发展,ML在20世纪80年代中期成为一个独特的领域。统计监控(statistical process monitoring, SPM)是收集和分析数据以检测系统或过程中的异常、故障或变化的过程,SPM一直用于质量控制、故障诊断和可靠性评估。首先回顾我作为这些领域的研究者和从业者的旅程,并介绍我的一些工作。然后,我将回顾过去几十年MPC、ML和SPM的主要发展和挑战,以及它们如何落地和影响工程实践。最后,讨论目前ML和AI等新技术落地工业应用的必要条件和应对策略。 展开更多
关键词 模型预测控制 机器学习 统计监控
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数据驱动的工业过程运行监控与自优化研究展望 被引量:50
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作者 刘强 卓洁 +1 位作者 郎自强 秦泗钊 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第11期1944-1956,共13页
现代工业过程向大规模、连续化、集成化方向发展,有必要对生产全流程运行的决策、协同控制、底层控制进行有效监控,也是当前国际控制领域的研究热点.本文首先分析了工业过程全流程运行监控的内涵与行业现状;其次,阐述了基于模型的控制... 现代工业过程向大规模、连续化、集成化方向发展,有必要对生产全流程运行的决策、协同控制、底层控制进行有效监控,也是当前国际控制领域的研究热点.本文首先分析了工业过程全流程运行监控的内涵与行业现状;其次,阐述了基于模型的控制系统故障诊断与容错控制方法,以及数据驱动的异常工况诊断与自愈控制方法的研究现状,并指明了信息物理系统(Cyber-physical systems, CPS)时代智能安全运行监控与自优化的发展机遇;最后,论述了工业过程运行监控与自优化研究的新方向和最新进展,包括:1)数据驱动的决策、协同控制、底层控制多层面联合监控; 2)基于机理、数据、知识多源动态信息融合的异常工况诊断; 3)专家知识与控制手段相结合的协同层自愈控制; 4)数据驱动的运行动态性能分析与自优化; 5)支撑运行监控与自优化系统的实现技术. 展开更多
关键词 复杂工业过程 运行监控 异常工况诊断 自愈控制 自优化
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基于时序图像深度学习的电熔镁炉异常工况诊断 被引量:17
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作者 吴高昌 刘强 +1 位作者 柴天佑 秦泗钊 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期1475-1485,共11页
超高温电熔镁炉(Fused magnesium furnace, FMF)生产炉况监测困难,易发生欠烧异常工况,不仅造成产品质量下降,也直接危害生产安全与人员安全.现有的人工巡检方式实时性差,容易发生漏报和误报,甚至导致铁制炉壳烧透、烧漏.针对该问题,本... 超高温电熔镁炉(Fused magnesium furnace, FMF)生产炉况监测困难,易发生欠烧异常工况,不仅造成产品质量下降,也直接危害生产安全与人员安全.现有的人工巡检方式实时性差,容易发生漏报和误报,甚至导致铁制炉壳烧透、烧漏.针对该问题,本文采用视频信号,利用电熔镁炉欠烧工况的时空特征,即在炉壳表面出现的局部不规则高亮区域的空间特征,以及该高亮区域随时间呈现出亮度增强、面积变大的时序特征,提出一种基于卷积循环神经网络(Convolutional recurrent neural network, CRNN)的电熔镁炉异常工况诊断新方法.该方法包括图像序列一致性变换和时序残差图像提取预处理、基于卷积神经网络(Convolutional neural network, CNN)的空间特征提取、基于循环神经网络(Recurrent neural network,RNN)的时序特征提取、基于加权中值滤波的工况自动标记.最后采用实际的电熔镁炉炉壳的视频信号,进行了所提方法与现有的两种深度学习网络模型的实验比较研究,结果说明了所提方法的优越性. 展开更多
关键词 电熔镁炉 时空特征提取 异常工况诊断 卷积神经网络 循环神经网络
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基于动态建模与重构的列车轴承故障检测和定位 被引量:9
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作者 刘强 方彤 +1 位作者 董一凝 秦泗钊 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第12期2233-2241,共9页
列车运行时轴承故障的检测与定位对于列车运行安全与健康维护至关重要.现有的轴承故障报警系统主要是基于单一轴温变量的规则诊断,报警不及时.针对上述问题,本文结合运行于相似环境和速度的同车多轴轴温的相关性及轴温动态性,提出了一... 列车运行时轴承故障的检测与定位对于列车运行安全与健康维护至关重要.现有的轴承故障报警系统主要是基于单一轴温变量的规则诊断,报警不及时.针对上述问题,本文结合运行于相似环境和速度的同车多轴轴温的相关性及轴温动态性,提出了一种数据驱动的基于多轴轴温动态潜结构的列车轴承故障检测与定位方法.首先,提出基于动态内在典型相关分析(Dynamic-inner canonical correlation analysis,DiCCA)的列车多轴轴温动态潜结构建模方法;其次,利用所建立的模型,提出基于DiCCA综合指标的列车轴承故障检测方法;在此基础上,提出基于DiCCA多向重构的列车轴承故障定位方法.利用某列车实际运行时的轴温数据进行验证,结果表明了所提方法的有效性. 展开更多
关键词 故障检测 故障定位 动态潜结构建模 多方向重构
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基于精简并发潜结构映射的竖炉焙烧过程综合故障诊断 被引量:1
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作者 刘强 秦泗钊 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第12期2160-2169,共10页
竖炉焙烧过程因运行条件异常变化或操作不当会造成上火、冒火、过还原和欠还原等运行故障.这些故障直接影响过程运行安全和产品质量(比如,磁选管回收率),但难以采用基于模型和基于知识的方法建模故障与产品质量的关系,以及诊断故障变量... 竖炉焙烧过程因运行条件异常变化或操作不当会造成上火、冒火、过还原和欠还原等运行故障.这些故障直接影响过程运行安全和产品质量(比如,磁选管回收率),但难以采用基于模型和基于知识的方法建模故障与产品质量的关系,以及诊断故障变量.针对上述问题,本文提出数据驱动的基于并发潜结构映射(Concurrent projection to latent structures,CPLS)的竖炉焙烧过程综合故障诊断方法.首先,将并发潜结构映射分解的过程变量共有子空间与残差空间精简合并来建立磁选管回收率相关的过程变化空间,提出基于精简并发潜结构映射模型的竖炉焙烧过程综合监控方法;接下来,定义相应的重构贡献图并与竖炉焙烧过程相结合,提出CPLS精简重构贡献方法用于竖炉焙烧过程故障变量诊断;最后,利用竖炉焙烧过程半实物仿真平台采集的数据进行实验研究,结果表明所提方法不仅可以诊断出质量相关的故障,而且可诊断出回路设定值之外的故障变量. 展开更多
关键词 竖炉焙烧过程 综合故障诊断 并发潜结构映射 精简重构贡献
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分布式实时数据采集与传输系统的研究 被引量:17
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作者 张志强 徐泉 +1 位作者 刘文庆 秦泗钊 《控制工程》 CSCD 北大核心 2020年第9期1582-1588,共7页
随着工业企业的发展,生产规模扩大以及数据采集量的大大增加,企业在数据采集实时性及成本控制方面提出了更高的要求。针对工业现场现有的数据采集系统中使用的实时数据库价格昂贵且对工业大数据实时性分析支持差等问题,设计开发了一种... 随着工业企业的发展,生产规模扩大以及数据采集量的大大增加,企业在数据采集实时性及成本控制方面提出了更高的要求。针对工业现场现有的数据采集系统中使用的实时数据库价格昂贵且对工业大数据实时性分析支持差等问题,设计开发了一种大规模分布式数据采集与传输系统。该系统利用分布式消息中间件代替现有采集系统中的实时数据库,实现对工业过程大规模数据的高效、高可靠采集和传输,解决了高昂的成本问题,同时通过系统监控模块实现了对整个数据采集、传输和分发过程的监控,保证整个系统采集与传输的智能化,此外通过分布式消息中间件为后续的工业数据实时处理提供了技术保障,解决了目前工业采集系统难以对工业大数据实时分析的问题。 展开更多
关键词 工业云 数据采集 分布式消息中间件
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基于重构法实现故障监控 被引量:2
9
作者 王琦 秦泗钊 《吉林大学学报(信息科学版)》 CAS 2004年第4期401-405,共5页
如何提高生产连续性和提前提供过程故障警告,是当今工业工程和过程控制领域面临的一项重要挑战。建立在主元法(PCA:PrincipalComponentsAnalysis)基础上的多元统计过程控制,为在线过程监控提供了有利的工具。一些方法例如Hotelling的方... 如何提高生产连续性和提前提供过程故障警告,是当今工业工程和过程控制领域面临的一项重要挑战。建立在主元法(PCA:PrincipalComponentsAnalysis)基础上的多元统计过程控制,为在线过程监控提供了有利的工具。一些方法例如Hotelling的方法,SPE(SquaredPredictionError),以及综合指数法,被用来识别存在故障的数据;另外通过最优化方法来完成重构,再利用重构法对过程故障进行识别和监控的方法,以及贡献图方法,对找出故障的位置和原因更起到了不可或缺的作用。通过列举拥有完善的人机互动功能及图表表示法的LabVIEW程序对上述理论的实现,更直观地了解并应用了以重构法来实现监控故障。 展开更多
关键词 多元变量 统计过程监控 主元分析 故障重构法 最优化 LABVIEW
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高速列车海量数据故障分析系统研究 被引量:1
10
作者 解军帅 徐泉 +1 位作者 秦泗钊 张逢博 《控制工程》 CSCD 北大核心 2020年第10期1795-1801,共7页
高速列车速度快,传感器采集的频率高,数据更新速度快,因此采集到的数据量大,对故障诊断系统的数据存储、管理和分析能力提出了巨大的挑战。针对目前的高速列车故障诊断系统难以有效处理海量数据的情况,设计了一种基于大数据的高速列车... 高速列车速度快,传感器采集的频率高,数据更新速度快,因此采集到的数据量大,对故障诊断系统的数据存储、管理和分析能力提出了巨大的挑战。针对目前的高速列车故障诊断系统难以有效处理海量数据的情况,设计了一种基于大数据的高速列车海量数据故障分析系统。采用当前流行的大数据处理工具构建了能够处理海量高铁数据的大数据基础支撑平台,能够高效的存储、管理高铁的海量传感器数据。并且针对传统故障诊断方法在海量数据的时候建模速度很慢甚至无法建模求解的问题,在大数据基础支撑平台的基础上研究了能够对海量高铁数据进行建模的分布式算法,提高了海量高铁数据故障建模的效率。最后通过Speedup、Sizeup、Scaleup这3个性能指标对系统集成的PCA故障建模算法(以分布式PCA故障建模算法为例)的效率进行验证,验证结果表明系统中的分布式算法在3个性能指标上都有良好的表现,能够有效进行大数据量的故障分析,为高速列车的故障诊断提供可靠的保证。 展开更多
关键词 高速列车 故障诊断 大数据 分布式并行算法
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基于数据和知识的工业过程监视及故障诊断综述 被引量:64
11
作者 刘强 柴天佑 +1 位作者 秦泗钊 赵立杰 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2010年第6期801-807,813,共8页
从复杂工业过程所可能具有的过程特性及数据存取过程中引入的数据特性分析出发,综述了具有复杂数据特性的工业过程的多元统计监视方法,并分别讨论了基于数据和基于知识方法进行故障诊断的优势、进展、适用范围及二者结合的可能.最后探... 从复杂工业过程所可能具有的过程特性及数据存取过程中引入的数据特性分析出发,综述了具有复杂数据特性的工业过程的多元统计监视方法,并分别讨论了基于数据和基于知识方法进行故障诊断的优势、进展、适用范围及二者结合的可能.最后探讨了这一领域中值得进一步研究的问题和可能的发展方向. 展开更多
关键词 多元统计过程监视 基于数据的诊断 基于知识的诊断 工业过程
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基于多尺度PCA的工业过程故障预测 被引量:4
12
作者 李钢 秦泗钊 周东华 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第S1期32-35,共4页
研究了同时含有隐含性能退化和输入故障的连续过程故障预测问题.假设退化过程变化缓慢,而输入故障突发且变化快速.基于多尺度主元分析模型,提出了一种针对性能退化过程的故障预测方法.首先对一段正常工况下的历史数据进行离散小波分解,... 研究了同时含有隐含性能退化和输入故障的连续过程故障预测问题.假设退化过程变化缓慢,而输入故障突发且变化快速.基于多尺度主元分析模型,提出了一种针对性能退化过程的故障预测方法.首先对一段正常工况下的历史数据进行离散小波分解,对不同尺度下的小波系数建立相应的主成分分析模型.经过多层小波分解,性能退化过程会被低频系数模型检测到.然后用基于重构的方法估计退化程度,并用指数平滑方法对其进行预测,最后预测出系统剩余有效寿命(RUL).对CSTR的案例研究表明了该方法的有效性. 展开更多
关键词 故障预测 统计过程监测 多尺度主成分分析 指数平滑
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CPCA监视与知识诊断相结合的智能诊断
13
作者 刘强 秦泗钊 +1 位作者 张颖伟 柴天佑 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第S1期66-69,共4页
将多元统计分析技术与基于知识的故障诊断方法相结合,提出了一种过程智能监视与故障诊断方法.利用多元统计一致主元分析(CPCA)方法对过程异常工况进行监视,以找到故障发生区域及发生时段;针对故障发生区域,将CPCA方法得到的整体及局部... 将多元统计分析技术与基于知识的故障诊断方法相结合,提出了一种过程智能监视与故障诊断方法.利用多元统计一致主元分析(CPCA)方法对过程异常工况进行监视,以找到故障发生区域及发生时段;针对故障发生区域,将CPCA方法得到的整体及局部的统计指标的定量信息、统计指标超限与否的定性信息以及得分及贡献率等综合信息提供给故障区域的基于知识的专家系统.从连退过程的应用可看出,该方法可检测出单变量监视难以检测的故障,并得到可靠的故障诊断结论. 展开更多
关键词 故障诊断 多元统计过程监视 基于知识的诊断 工业过程 一致主元分析
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