（化学工程专业论文）基于多元统计的间歇过程监控与故障诊断方法的研究与应用.pdf

中文摘要 中文摘要 本文对间歇过程控制、故障监测与诊断和多元统计分析的研究现状，进行 了系统的分析和评述，f 由此提出自己的研究内容和技术路线，着重完善间歇过 程监控与故障诊断的方法，并提出了新方法。将这些方法应用于间歇聚合反应 的监控和故障诊断上，取得了较好的效果。土 ( 1 ) 从过程分类、实际应用和自动化控制特点的研究三个方面简单回顾了间歇 过程的发展概况，并粗略地介绍了于间歇过程相关地一些新兴学科。 ( 2 ) 将主元分析( p c a ) 和偏最小二乘回归分析( p l s r ) 的方法引入到间歇过程 监控和故障诊断中，详细介绍了监控间歇过程的两个统计量s p e ( s q u a r e s p r e d i c t i o ne i t o r ) 、h o t e l l i n gt 2 。 ( 3 ) 系统研究了基于多元统计分析的间歇过程监控和故障诊断的方法一一多方 向主元分析方法( 1 ，i p c a ) ，介绍了m p c a 处理间歇过程三维数据的方法，应 用m p c a 于间歇聚合反应的监控和故障诊断上并取得较好的结果，针对间歇 过程异常数据剔除提出了一种新的主元分析方法。 ( 4 ) 针对多方向主元分析方法在监控间歇过程时采用的当前偏差法填补未知数 据，提出了一种新的数据填补方法一0 填补方法。 ( 5 ) 在h i p c a 基础上，提出了新的处理间歇过程三维数据的方法，并在此基础上 。一 发展了一个基于主元分析的间歇过程监控和故障诊断方法一一a m p c a 。把 一一 a m p c a 应用到间歇聚合反应过程的研究中，进行过程监控与故障诊断。于 m p c a 进行比较，实例研究表明a m p c a 能较有效的监控间歇过程与故障诊 断。 本文的最后在对全文所做工作进行总结的基础上，展望了今后进一步研究 的万向。上 f a b s t r a c t a b s t r a c t b a t c h p r o c e s sc o n t r o l ，f a u l t d e t e c t i o na n d d i a g n o s i s a n dt h e t h e o r y o f m u l t i v a r i a t es t a t i s t i c sa r es t u d i e di nt h i st h e s i s t h em a i n p u r p o s eo f t h i st h e s i si st o p u tf o r w a r d t h e a p p r o a c h o fb a t c h p r o c e s sm o n i t o r i n ga n df a u l td i a g n o s i sb a s e d0 1 3 t h e t h e o r yo f m u l t i v a r i a t es t a t i s t i ca n di t sa p p l i c a t i o n s + s o m e s a t i s f y i n gr e s u l t sh a v eb e e n m a d e b ya p p l y i n gt h o s em e t h o d s t ob a t c h p o l y m e r i z a t i o np r o c e s sc o n t r o la n di t sf a u l t d i a g n o s i s ( 1 ) t h ed e v e l o p m e n t o f b a t c h p r o c e s sc o n t r o l i sr e v i e w e d c l a s s i f i c a t i o no f p r o c e s s d a t a , b a t c hp r o c e s sc o n t r o la n di t sa p p l i c a t i o na r ei n t r o d u c e d s o m en e w l y r e s e a r c ha r e a sr e l a t e dt ob a t c hp r o c e s sc o n t r o la r ea l s ob r i e f l yp r e s e n t e d ( 2 ) t h ep r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s ( p c a ) a n d p a r t i a ll e a s ts q u a r er e g r e s s i o n 口l s r ) m e t h o d sa l ea p p l i e dt ob a t c hp r o c e s sm o n i t o r i n ga n d f a u l td i a g n o s i s ， a n dt h et w ot y p e so fm u l t i v a r i a t es t a t i s t i c s s p e ( s q u a r e sp r e d i c t i o ne r r o r ) ， h o t e l l i n gt 2 一a r es y s t e m a t i c a l l y d e f i n e da n d a n a l y z e d ( 3 ) m u l t i w a yp c a ( m v c a ) - t h em e t h o do f b a t c hp r o c e s sm o n i t o r i n ga n df a u l t d i a g n o s i s i s d i s c u s s e ds y s t e m a t i c a l l y t h em e t h o dt o d e a lw i t ht h r e e 。w a y b a t c hp r o c e s sd a t ab ym p c a i si n t r o d u c e d s a t i s f y i n gr e s u l t sa r eo b t a i n e db y a p p l i e dm p c a t ob a t c hp r o c e s sm o n i t o r i n ga n df a u l td i a g n o s i sa n dan e w m e t h o dt oe x c l u d eo u t l i e r si sp r o p o s e d ( 4 ) t o f l l lu pm i s s i n gd a t am p c a a s s u m e st h a tt h ef u t u r ed e v i a t i o n sf r o m t h em e a n t r a j e c t o r i e sw i l lr e m a i n f o rt h er e s to ft h eb a t c hd u r a t i o na tt h e i rc u r r e n tv a l u e s a tt i m ei n t e r v a l k c o m p a r i n g t o i t ，a m e t h o da s s u m e dt h a tt h e f u t u r e o b s e r v a t i o n sa r ei np e r f e c ta c c o r d a n c e w i t ht h e i rm e a nt r a j e c t o r i e si sp r o p o s e d a 8 s t r a c t ( 5 ) c o m p a r i n g t om p c aan e ww a yt oh a n d l et h r e e w a yb a t c hp r o c e s sd a t ai s p r o p o s e da n dam e t h o d o fb a t c hp r o c e s sm o n i t o r i n ga n df a u l td i a g n o s i s 一- a m p c a 一一i sd e v e l o p e d g o o dr e s u l t sa r eo b t a i n e db ya p p l y i n ga m p c at o b a t c hp o l y m e r i z a t i o n p r o c e s sm o n i t o r i n g a n di t sf a u l t d i a g n o s i s f i n a l l y ，as u m m a r y o ft h e t h e s i si s g i v e na n ds o m ec o n c l u s i o n sa l em a d e t h r o u g ht h e r e s u l t so ft h er e s e a r c h ，f u r t h e rr e s e a r c hi n t e r e s t si nt h ef u t u r ea r e p r o s p e c t e d 塑= 至塑垄 第一章概述 【提要】本章将间歇反应过程中的监控和故障诊断作为主要研究对象。首先简要回 顾了间歇反应在过去几十年的飞速发展的历史，然后叙述了间歇反应过程自动化 研究进展，特别对其中的过程监控和故障诊断进行了论述并就间歇过程监控和故 障诊断中的方法进行了详细的讨论。最后根据多元统计分析方法在间歇过程监控 和故障诊断中遇到的问题，提出本文重点研究的内容。 1 1 间歇反应发展概况 间歇反应过程，又称批量反应过程，这是化工生产的一个过程。本世纪以来， 间歇化工过程经历了一个曲折的发展历程。在3 0 年代以前，绝大多数化工过程 采用间歇操作。到了5 0 年代，人们普遍认为间歇过程将逐渐被现代连续过程所 代替。但是现在世界上大多数化学品仍然是采用间歇过程来生产的。最近几十年， 一些化工企业竞相发展小批量、多品种、高附加值的精细化工产品和生化产品。 精细化学品生产的主要特点是：小批量，多品种，高附加值，合成步骤复杂，有 时还存在一定的季节性，并不断要求更新产品以满足市场需求等等。 因为间歇过程具有灵活多变的特性，即它可以用同一套多用途、多功能的设 备生产多种类型的产品，因此间歇过程的应用又重新受到人们的重视。目前， 间歇操作广泛应用于食品、聚合物、药品、分子筛、增塑剂、抗氧剂、染料和涂 料等产品的生产。至今间歇生产过程的产品产值已占整个化工行业的5 0 左右。 但是目前间歇反应过程自动化水平却远远地落后于大型连续过程。这种生产 方式的缺点是产品质量不均匀、繁重的手工操作、自动化水平低。最近几年，随 着微处理机的数控仪表迅速发展，为了争夺小批量专用化工产品国际市场的竞争 优势，一些发达国家投入大量资金开发间歇控制软件和硬件。许多工厂面对剧烈 的市场竞争和用户提出的产品质量要求，纷纷采用可编程控制器，计算机和集散 系统来控制生产过程，获得了明显的经济效应，使古老的间歇反应过程焕发了青 春2 1 3 1 4 1 。 第一章概述 1 2 间歇过程的自动化控制 1 2 1 问歇反应过程及其特点 任何个化工生产过程都可以称为单元操作的组合。原料经过若干物理单元 操作使其形状和形式适合进行化学反应，然后输入到一个反应器或反应器链中进 行化学反应。反应得到的粗产品再进行物理单元操作，如分离、净化等，最终得 到产品，如图1 所示。图l 中所示的生产过程中，其物料流是连续的称连续过程； 其物科流是间歇的或者是连续和间歇二者混合，称间歇过程或半间歇过程。 图1 典型的化工生产 一个化工间歇过程一般包括前处理、加料、反应、放料和后处理等操作阶段。 与连续过程不同，它是生产阶段在时间上的分布，而不只是生产流程在空间上的 分布。与连续过程另一个明显的区别是间歇过程是批量生产，所以也叫批量过程 t b a t c h p r o c e s s ) 。因此，间歇过程控制也不能象连续过程控制那样可用一个数学 式子来表达，如常用的p i d 控制。间歇过程控制表示为一组操作条件为时间函数 或逻辑运算结果的不连续控制。特别是资源共享的分级、串并流系统( 参见图2 ) 。 多项任务的协调和控制是相当复杂的，分析这类生产过程可以归纳下列四个主要 特征： 物料加入 物料加入 图2 串并结构间歇过程 第一章概述 ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) 间歇过程的设备单元一般都设计成可以用来生产多种产品，或者 一种产品不同的规格。频繁地改变生产地规格品种和工艺条件是 间歇生产活动地方式。这就要求控制系统具有柔性，能适应工艺 条件的变化。整个控制策略能随产品而变，不单是原料组份和重 量，调节回路的给定值，而且过程的动态特性亦将改变，往往需 要重新整定。 很多化工间歇过程是分级、并流结构，在任何一瞬间，相同的或 者完全不同的物料，顺序地或者并行地流过设备单元。间歇生产 过程这一特点要求控制系统具有控制多股物料流分配和协调生产 的功能。 间歇过程中连续二批产品的生产中间，设备单元总有一段闲置时 间。这是间歇过程的固有属性，在设计控制系统时要考虑使设备 的闲置时间最短外必需考虑顺序地、有效地自动开车、自动停 车。在开、停车过程中，为了获得最佳动态响应，调节系统增益 必须作相应的调整，报警带也必须改变。 由于间歇生产的全过程都处于过渡状态( 没有稳定状态) 而且大 多数生产过程是严重相关的，逻辑程序、连锁保护相当复杂。操 作工人必须及时了解生产所处的状态进行到那一个阶段，以便随 时采取必要的人工干预。所以及计一个性能良好，简单易学的人 机接口是间歇过程控制成败的关键。 1 2 2 改进间歇生产过程控制的途径 以上所讨论的间歇过程的特点及其对控制的要求，常规的工业控制仪表是很 难满足的，因此，间歇化工厂中大量采用手工操作。由于间歇生产要求操作工人 严格地按照生产程序来操作，产生各种差错的几率很高，从而导致产品质量不稳 定，原料浪费，甚至出现危险的工况。 随着微电子技术的发展各种以微处理器为核心元件的智能化数控仪表涌 现，间歇控制找到了理想的，实际可用的工具。一个微机实时系统很容易实现问 一概述 歇生产要求的逻辑、顾序、调节和推理判断功能。改变控制软件就可以适应间歇 生产频繁地改变产品品种规格的要求。也可以将大量的配方一次存入计算机，根 据生产的要求任意选用。屏幕显示技术提供了关键参数快速扫描和超限报警，使 操作工人及时地了解被控过程所处的状态。在出现故障时，故障处理程序自动地 使系统转入预定的安全工作状态。例如，关闭进料、出料阀门，使反应温度维持 在预定的范围内，等待操作工人处理，保障生产安全。几年来在间歇过程中推广 应用计算机，实现间歇控制实例表明：产品的质量和产量，生产的可靠性和柔性 都有提高，获得显著的经济效益，使市场导向的间歇生产增强了竞争能力。普遍 承认，间歇控制是改进间歇生产的条切实可行的途径u “甜。 以微机或微处理机为工具的间歇控制系统可以分成二类： ( 1 1用现成的智能化数控仪表如可编程控制器、批量集散控制系统实现 间歇控。其控制系统由基本功能模块构成综合分散结构。具有调节、 顺序、逻辑、计数、计时、屏幕显示和通信联络等功能。编程一般 采用梯形图语言，或采用“填空”组态方式，适应眭强，并可以承 受恶劣的工业环境，但是设备投资较高。前者多用来代替常规机电 控制系统，构成柔性程控系统。后者适用于大中规格的工厂，如万 吨级p v c 生产厂，构成集散控制系统。 ( 2 )另一类采用普通的微型机，用户自己开发控制软件和配置系统的硬 件。具有投资少、灵活性高的特点，鉴于间歇过程固有特征：生产 规模小，产品规格多，就是生产同一种产品的设备流程也是千差万 别。因此，工厂要求控制系统具有柔性，希望加强自己软件开发的 能力，而不是由仪表厂包办。随着人工智能、专家系统以及模糊控 制技术的开发、推广和应用，通用微机为工具的间歇过程专家控制 系统更受工厂欢迎m 哪。 由于间歇过程专家控制系统的受欢迎性，间歇控制标准化的工作取得了长足 的进展，为开发新型模块化间歇控制软件奠定了基础。欧洲的化工测量和控制标 准化工作组( n a m u r ) ，在1 9 8 6 年公布了它推荐的准则。美国仪表学会( i s a ) 1 9 8 8 年增设了s p 8 8 委员会。s p 8 8 的任务是制定间歇控制术语、模型、通信和 语言等4 个方面的标准。在1 9 9 2 年它提出了间歇控制设计标准第三个讨论稿、 一概进 阕歇控到系统的攘墼弱零语一一l s a 。d s 8 8 + 0 1 。 基于n a m u r s p 8 8 标准，a b b 公司退出b s c h 3 0 0 软件，它是工作在m o d 3 0 0 系统上。r o s e m o u n t 公蠲开发弱a b cb a t c h 软静，是运行在s y s t e m 3 上。h a n e y w e t l t d c 3 0 0 0 平台上配置臼qb a t c hs u p e r v i s o r 。这憋新型间歇控制软件都具有模块化 结构及先进的配方管瑕功能溺1 。 间歇过糕中产品生产是按一个产豁配方进行的。懿方内容由下列4 个部分组 成： 产品名拣 操作顺序( 如加热、混和、反应等单元操作组成的生产程序) 工艺参数( 翅氦辩经分窝数量、涅度、嚣藏等工艺参数诗算公式) 要求的设备 翻3 配方盛型 ( 来源：i s a d s 8 8 0 1 ) 在间歇患产过程中产品酉己方具脊不同的形式，一般分为通用配方、现场配方、 主配方和控制配方4 种，如图3 辑示。 通用配方是一个基本的原始配方，包禽产品生产过程相关的全部信息。但 塑 是宅浚有与任 露特定魏生产蔽餐或跨定豹控裁系统捐关联。 现场配方它是生产调度功能的一个输入，其特点是产品的各种原料采用标 准漕筏量。 主配方当现场配方与生产设备及控制系统相关联时就变成一张主配方。但 是这种关联往往是虚拟的不是真实的。设备采用分类号，i o 标志捌代号。目 的是简化建立配方的王作，节省占用盼内存空间。 控制配方在每于馓产品开始生产时，从数据库中复制一份主配方，并用实际 配置黢设备帮i o 采代替主鬣方中霞数斡设簧秘i o ，裁 罨至l 一强控制配方。控 制配方又称工作配方，它是每批生产专用的，并由控制系统实施执行。间歇控制 软馋必须把遴瘸琵方螽魂建转变或控镧琵方。这是多耀楚、多产品溺欺过程黍毪 操作的关键。 1 2 3 间歇过辗的计捌调度 阉歇过糕靛一个霪要特感是它的全部生产活动和经费效薤在报犬程度上锻 赖于计划和调度。因为大多数间歇过程是多种产品分搴时间和资源。必须协调原 辩、孛霾侮霉瑟裁晶囊德、霹 瑟l 劳动力、兔诲麓农、电、汽最大受麓等瓷滠限制粒 经济的周期时间、批缀、设备维修时间等因豢的冲突。所以间歇过程的生产计划 静安螽 帮调淡是一磺相当复杂翁任务。调度失警往往会造藏产瑟藏零懑瑗大鞭凄 波动或者不自按期交货，影响企业的信誉。 今年来。间歇过程的计划和调度收到了酱遍的重视，围绕最优生产颓净的求 解发展了好几秘方法，大大提高了间歇过程的生产率霉成本效益。 1 m i l p 法它是在约束条件下求解线性西标函数的最优化问题，可 班应瘸器静最谯征软磐滚蜒。 2 分枝定界( b a b ) 法其稳序本质是一种对所有可能的顺序集合作部 分援举诗算。它豹基本憨憨是将离题分绞裁互否稷容豹子阚蓬，然 后指定一个各个子问题都能取得的目标函数下限值。 3 启发式援索法它是采溺遥我改进静策略，帮飙一个裙始产晶j 颓痔 出发。i 教推地改进现行的顺序。 6 燮塑雠 4 模拟退火法它是求解单目栎多变量最优化问题的一r 5 m o n t e c a u l a 技术，是基于模拟液体缕晶或金属退火过程，材料中原子迁移 虱羧低能缀( 称为蘩态) 。系统鹃麓量是暴子位置静函数。数学模叛 时，目标函数表示能量，优化的变量模拟原予位置，基态对应全局 优化。1 “。 1 3 闯歇过程监控与故障诊凝 间歇过程囊动亿麸篱单豹蹶穿控裁发震爱在蔺敲亿工厂孛雄广藏蔫集教控 制系统，从设备的基本单元控制、先进控制扩展到监督按制、生产计划与调度、 倍感管理与计划决策。通常程阅歇过程工慧、闻歇过程照动化控制系统的设计、 研寂和生产搡佟戳及经营决策中，经鬻要分橱来鲁蠲致道程单元设备戳及复杂静 间歇过程网络中的一系列测鬃数据，以便掌握单元及系统的运行特点、优化操作， 实蠛阕歇过程的嫩测，或是以它们作为反馈信号，实现邀程的优化控制。所以， 间欲过程中的溺爨数据是遘猩控裁、揉 售试纯、计划决策及毪麓评价豹基礁。 为了诊断间歇过程中出现的故障点、及早采取维修、防护等补救措施， 嚣要对间歇过稷逆霞状态梭溅、故障原因分携及劣优趋势预测，这酆建立在 对间歇过程中测嚣数强基秣上。因此稍蠲闻歌过程中静溺量数据避行蠲致道 稷中的故障监测和诊断( f d d ) ，成了目前国际控制界理论研究和实际应用的 热点闻题之5 1 1 6 1 0 故障监测粕诊断( f d d ) 技术超添予2 0 世纪7 0 年代初，并弱益受到高 度重视，一些瓣名的自动控制学术会议如a c c c d c ，i f a c 等都已设有这 方蘸翡专题，潮际上每年露该领域的学术文献达数予麓”。我隧猩2 0 世纪 8 0 年代初开始了这方面的研究著取得了w 喜的成栗7 1 2 0 1 。 过程故障诊断是多学科交叉的实用性技术，化工过程故障诊断是多学科 交叉熬实用魏技术，它包摆三个主要步骤t 2 1 1 ( 1 ) 梭测系统状态的特征信号。 f 2 ) 检测到的特征信号中褥取征兆，部信号迹理与特饺变换。( 3 ) 根据钲莼和 疑它诊断信息来识别系统的状态，进行赦障定位，并做出诊断决策，干预系 绞工 乍。太熬分工揍郄集中在这一步骤。故障诊断鳆过程如匿4 耩示。 7 塑雌 特征信号 能量蟛式的特征信号 系 统 较 态 物态形式的特 芷藩号 人的感观 人的感规 直接秘锈理获悉 桎箍 提敷 装置 指毒诊鞭癌惠翡邀一步获鞭 状 态 识 烈 装 置 干预决攘 决策l状态趋势 装置 i 一 一状态 状态趋势l状态 分析装置_ 露4 过程故障诊麟过程 跌已专瓣成票蓑，故障诊凝按术主要的磅究悫容毒： ( 1 )对系统故障类型的研究：传感器故障、执行器故障、系统元部件 及控制耩数鬻翡毪覆、褒纯援簿、数学滋述及竣薄涛糕弱提取方 法等。 ( 2 )旅障鹣预报、决策与分离方法。敖漳预报方法商：嚣淘序列努帮亍 法、获色模型法、神经网络方法等；故障决策与分离方法有：阈 值法、模糊逻辑法、贝叶斯分炎法、故障模型假设检辍法、模式 识别法、聚类分析等。 ( 3 )故障诊断系统的性能评价分丰斤。包括系统的故障可诊性分析、故 鼙潺诊率秘误诊搴分糖、鼓落渗疑豹安对蠖与磐捧挂、故障定经 和评价的准确性等。 ( 4 )敬漳诊断静方法( 重点研究蠢容) 。羧慧德国翡p m f r a n k 教援 的观点，现有的各种故障诊断方法可分为基于动态数学模型的方 法、螫于信号处理的方法和基于知识的方法婚”。 下瑶就荧于故障诊甑鸵方法霉加以讨论，其中基于动态数学模型的方法 第一童 i f 述 发展最早也最为深入，它需要建立被诊断对象的精确数学模型，优点是充分 利用了系统内部的深层知识，利于系统的故障诊断。该类方法可分为参数估 计方法、状态估计方法和等价空间法”，其中基于观测器的状态估计法和等 价空间法是等价的，参数估计法得到的残差包含在观测器方法得到的残差中， 二者在本质上是互补的t 2 3 1 0 基于数学模型方法对线性系统的研究已集中在提 高故障诊断的鲁棒一| 生和对故障检测的灵敏性1 2 4 1 p 而对于非线性系统的研究成 果还不多。 基于信号处理的方法也是理论研究的热点之一。它回避了建模的难点， 般对线性和非线性系统都是适用的。近年来出现的几种基于信号处理的方 法有主元分析方法1 2 5 1 小波交换方法“6 1 ( 2 7 1 利用6 算子的方法9 2 8 1 利用 k u l l b a c k 信息准则检测故障旺9 1 基于知识的故障诊断方法无需系统的定量数学模型，充分利用了专家诊 断知识和诊断对象的信息，特别适合于非线性系统和复杂的大型系统。该方 法的内容最为丰富，也最有生命力。有模糊推理1 3 0 1 模式识别 3 l l 神经元 网络1 3 2 1 多元统计方法13 4 1 基于定性模型的方法1 等。 其中基于多元统计分析方法的故障检测和诊断技术更为国际过程控制领 域重视和关注。 多元统计过程控制方法是将数学统计分析方法应用到过程控制领域中的 一门综合性技术。计算机和信息科学技术的快速发展促进了多元统计分析方 法的深入研究和实际推广。目前基于多元统计分析方法的故障检测和诊断技 术在美国d u p o n 、p & g 和a m d 公司的间歇生产过程得到成功应用。 与连续过程相比，间歇过程具有起停频繁、动态特性变化快、时序操作严 格等特点，使实际过程监视和故障诊断更具有挑战性。由于间歇生产过程的性 能监视和故障诊断方法的发展受到以下几个方面的限制”： ( 1 ) 缺乏测量产品质量的在线传感器； ( 2 ) 在操作周期内变量动态序列变化频繁，缺乏稳态状态； f 3 1 生产过程复杂，存在严重非线性，开发机理数学模型困难。 因此，基于机理模型的故障监视和诊断方法在实际应用过程中存在明显的局限 性，当今自动化技术和信息科学技术的发展，为采集和保存过程操作、测量变 幕章摄逮 羹嚣囊被实辩数器穰恭秘造了条传，潜瓣遣蠹裂灞襞诗分撬方法开菱统诗数掌 模型建立了基础。雾元绞计赦崤梭铡秘诊断方淤瓣爝溅太鲍敷糕信息壤台，从 中擒彀囊要豹黛纯疆患掺薤爨攥述蕊始数据襄会蕊表籁麓过程状蠢，澎霓了褥 蕊过舔搜篷鼗襁秘兹骥渗磬方法戆囊杂性。 1 4 雄文的研究内容 默豢爨黟大量文献串茇聚，一夸澎袁完全簿溪并裁辱i 蠢雾掌者致力礤突熬 翔题魑：出予采自生产过程撩 每谤豢黪变量趱雾，交爨之游撵在严麓豹糖美 佳，赫老实虢蜜秀褥鼗游静分耩颓率大大低予漱诗算枫采集豹搡佟记藤籁率， 导致褥剿躲数攥记象嚣在空瞧，妞蜒慰间歇过獠数据避行有效救特 芷提取法， 麸错练篾杂麴交量串熬数密巍在熬秘整产过程瓣潜交羹，蠢散避瓣器生产中 基理蕊蕊势蕊象，避行阕歇过程鼗整器兹薄诊繇莛麓歇过羧蕊控与鼓簿诊麟 的关键。 愈予多元凌嚣控瓣方法蒸嘉魏篷霪蠢，鬟建零文簿耋豢磐鬟容薅囊熬 过程靛控和故障诊断够元统计分析方法的研究和改遴。主要工作有。较为鬈 统楚掰究了多元统诗分辑方法在润歌过程藏拣藕竣潞渗繇韵莰诗与疯眉；针 对鼙蕊震遐广泛辩多方褒主元分耩方法( m p c a ) 凌递程热控楚建空袅数掇 采用麝数据域补技术撩出了稀前新盼方法；针对m p c a 韵设计将蕊黻及蕊 绞嚣羧壤挺爨了个鲻子蟋歇遵糗鲢控与赦障诊叛熬瘊方法一一a m p e a 。剃 翅零文罐窭鼗这登方法寒实甄对瓣黢过程夔撩与蔽瓣诊颧联褥了令大瀵意黪 终鬟。瓷这些溪竣豹磷变鬟黉了婆蓊懿憨蕊与方法t 1 5 零摹枣绻 拳肇箴赞回顾了湖敬过程的发展，对间漱漶程叁劝化的麟究进展进行? 论 述，并聍间敞过程自黼他研究中磅熟点问题一一敬过程的墓黢彝筏薄诊断遗行 了穰嚣。在评逑薅人姆霹兖嚣圣事纂砧上，砖基雩多磊蠡屯砖分辑方法姥 鼹敬过程 的监擒和故障诊断方法作为夯文的科究重点，以拓展多元筑计在间歇适程蕊靛 彝故障渗鼙枣砖痘燕。 1 0 鱼釜二童溅鎏 参考文献 l ，王辖芳，徐纛训，中国蔷濑纯工总公司精缨镬：工进麓，耩缨石油纯工，1 9 9 4 4 9 一1 1 2 t s a i ，t h ，j w l a n c ，c o m p m e rc o n t r o lf o ra ne x i s t i n gc h e m i c a lp l a n t ，p r e s e m e d a ta i c h e ，1 9 8 2w i n t e rm e e t i n gm a r c h1 9 8 2 3 g u i d o c a r i o s t e l l a ，d i s t r i b u t e dc o n t r o lf o rb a t c hs y s t e m s ，i n t e c hm a r c h1 9 8 2 4 m o r r i s ，h m ，c o n t i n u o u sp r o c e s sc o n t r o ls y s t e m sm a k e rg oa f t e rt h eb a t c h c o n t r o lm a r k e f ，c o n t r o le n g i n e e r i n g - v 0 1 2 9 ，n o 8 ，1 9 8 2 5 y a s u a k iy a b u k i ，t o o r un a g a s a w aa n dm a c g r e g o rj e ，i n d u s t r i a le x p e r i e n c e s w i t hp r o d u c tq u a l i t yc o n t r o li ns e m i b a t c hp r o c e s s e s c o m p u t e r s c h e m i c a l e n g i n e e r i n g ，v o t 2 6 ( 2 0 0 2 ) ，p 2 0 5 6 m e h t a , c a t h eb e n e f i t s o f b a t c h p r o c e s sc o n t r o l ，c e p v 0 1 7 9 ，n o 1 0 ，1 9 8 3 7 h o t c h k i s s ，l e ，u p g r a d i n g b a t c hp r o c e s st oc o m p u t e rc o n t r o l ，c o n t r o l e n g i n e e r i n g ，v 0 1 2 7 , n o 5 ，1 9 8 2 8 。r e i n e re h , e v a n sl b ，c h e m i c a le n g i n e e r i n gp r o g r e s s ，1 9 9 0 ，8 6 ，6 9 s a w y e re , t h e c h e m i c a le n g i n e e r i n g ，1 9 9 2 ，5 2 4 ，2 8 3 0 l o + k uh m ，k a f i m ii a ，i n de n g c h e mr e s ，1 9 9 1 ，3 0 ( 1 ) ，1 6 3 - 1 6 9 i l r e e v e a ，p r o c e s s e n g i n e e r i n g ，1 9 9 2 ，7 ，3 4 - 3 5 1 2 宋建成，化正自动化及仪液，1 9 9 2 ( 2 ) ，1 - 5 1 3 t e r p s t r av j 。b r u i j c k e k e r er 。m ，v e r b r u g g n h 。b 。，p r o c e e d i n g so f p s e 9 4 ，5 0 3 - 5 6 1 4k uh m r a j a g o p a l a nd ，k a r i m ii , c h e m i c a le n g i n e e r i n g p r o c c s s e s ，1 9 8 7 ，8 3 ( 8 ) ， 3 5 4 5 15 ，k r e s t aj ，m a c g r e g o r j e , m a r t i nt e ，m u l t i v a r i a t e s t a t i s t i c a lm o n i t o r i n g o f p r o c e s so p e r a t i n gp e r f o r m a n c e ，c a n a d i a n j o u r n a lo fc h e m i c a le n g i n e e r i n g ， 1 9 9 1 6 9 ，3 5 * 4 7 第一专呲述 16 m a c g r e g o rj f ，s t a t i s t i c a l p r o c e s sc o n t r o lo fm u l t i v a r i a t ep r o c e s s ，i f a c - a d v a n c e dc o n t r o lo fc h e m i c a lp r o c e s s e s ，19 9 4 17 周东华叶银忠，现代故障诊断与容错控制，清华大学出版社，2 0 0 0 18 g ew f a n gc z ，d e t e c t i o no ff a u l tc o m p o n e n t sv i ar o b u s to b s e r v a t i o n ，h a t j c o n t r o l ，1 9 8 8 ，4 7 ( 2 ) ，5 8 1 - 5 9 9 1 9 张育林等，动态系统的故障诊断理论与应用，国防科技大学出版社，1 9 9 7 1 0 胡昌华，许化龙，控制系统故障诊断与容错控制的分析与设计r 国防工业出 版社，2 0 0 0 2 1 吴金培，肖键华，智能故障诊断与专家系统，科学出版社，1 9 9 7 2 2 f r a n kr m ，a n a l y t i c a la n dq u a l i t a t i v em o d e l - b a s e d f a u l td i a g n o s i s 。as u r v e ya n d s o m en e wr e s u l t s e u r o p e a n jo f c o n t r o l ，1 9 9 6 ，2 ( 1 ) ，6 2 8 2 3 m a g n ijf ，m o w o npo nr e s i d u a l g e n e r a t i o nb yo b s e r v e r a n dp a r i t ya p a c e a p p r o a c h e s ，i e e et r a m 0 na u t o m a t i cc o n t r o l ，19 9 4 ，3 9 ( 2 ) ，4 4 1 _ 4 4 7 2 4 p a t t o nr j ，h o um o ns e n s i t i v i t y o fr o b u s tf a u l td e t e c t i o no b s e r v e r s ，p r o co f 14 t hi f a cw o r l dc o n g r e s sb e i j i n g ，19 9 9 6 7 - 7 2 2 5r o t e my ，w a c h sa ，l e w i nd r e t h y l e n ec o m p r e s s o rm o n i t o r i n gu s i n gm o d e l b a s e dp c a ，a i c h e ，2 0 0 0 ，4 6 ( 9 ) ，1 8 2 5 1 8 3 6 2 6 叶吴，王挂增，方祟智，小波变换在故障检测中的应用，自动化学报，1 9 9 7 ， 2 3 ( 6 ) ，7 3 6 - 7 4 1 2 7 s t a t i s hl ，s h o r t t i m ef o u r i e ra n dw a v e l e tt r a n s f o r m sf o rf a u l td e t e c t i o n i np o w e r 位m s f o r m e r sd u r i n gi m p u l s t e s t s ，i e e ep r o cs c im e a st e c h n o l ，1 9 9 8 1 4 5 ( 2 ) ，7 7 _ 8 4 2 8 李渭华，萧德云，方祟智，基于6 算子的格形故障检测滤波器，自动化学报， 1 9 9 4 ，2 0 ( 4 ) ，4 1 3 4 1 9 2 9k u m a m a r uk , e ta l ，r o b u s tf a u l td e t e c t i o nu s i n gi n d e xo f k u l l b a c kd i s c r i m i n a t i o “ i n f o r m a t i o n p m co f1 3 t hi f a c w o r l dc o n g r e s s s a nf r a n c i s c o ，1 9 9 6 2 0 5 _ 2 1 0 3 0 c h e nj c ，t o r i b i oj ，p a t t o nr ，j n o n i i n e a rd y n a m i cs y s t e m sf a u l td e t e c t i o na n d 2 薅一蕈甓述 i s o l a t i o nu s i n gf u z z yo b s e r v e r s 、p r o ci n s t nm e c h e n g r s 1 9 9 9 2 1 3 ( 1 6 ) 4 6 7 4 , 7 6 3 1 b o u d a o u da n m a s s o r tm h ，d u b u i s s o nb ，o n 一1 i n ed i a g n o s i so fat e c h n i c a l s y s t e m s ：af i a z z yp a t t e mr e c o g n i t i o na p p r o a c h 。p r o co f1 3 t ht f a c w o r l d c o n g r e s s s a nf a n c i s c o 1 9 9 6 ，1 0 3 - 1 0 7 3 2 ，t e r r am ，h ，t i n o sr ，f a u l td e t e c t i o na n di s o l a t i o ni nap u m a5 6 0m a n i p u l a t o rv i a n e u r a ln e t w o r k s ，p r o c o f l 4 t h t f a c w o r l d c o n g r e s s , b e i j i n g ，1 9 9 9 ，1 7 5 一1 9 0 3 3 k r e s t aj v ，m a c g r e g o rj f ，m a r l i nt e ，m u l t i v a r i a t e s t a t i s t i c a l m o n i t o r i n g o f p r o c e s so p e r a t i n gp e r f o r m a n c e ! t h e c a n a d i a njo f c h e m i c a le n g ，v o t ( 6 9 ) ，3 5 - 4 7 3 4n o m i k o sr ，m a c g r e g o rj e ，m u l t i v a r i a t es p cc h a r t sf o rm o n i t o r i n g b a t c h p r o c e s s t e c h n o m e t r i c s ，1 9 9 5 ，3 7 4 7 - 4 9 3 5 ，h e i m i n gb ，, l u n z ej p a r a l l e tp r o c e s sd i a g n o s i sb a s e d 。硅q u a l i t a t i v e m o d e l s - i n t jc o n t r o l ，2 0 0 0 ，7 3 ( 1 1 ) ，1 0 6 1 1 0 7 7 3 6 ，n o m i k o s p | ，m a c g r e g o r j e ，m o n i t o r i n g b a t c h p r o c e s s e s u s i n gm u l t i w a y p r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a b a i s , a i c i 正j o u r n a l ，1 9 9 4 ，4 0 ( 8 ) ，1 3 6 i t l 3 7 5 第二蕈多元统计分 扦方法 第二章多元统计分析方法 提簧j 多元统诗分辨是统诗擘砖重要应躅工葵。它震用于蠲歇过程黧控争故障 诊断，利用庞火的数据信息集合，从中抽取主薅的变化信息特征以描遄原始数据 集合所表征的过程状态。本章将介绍丧过程监控和故簿诊断申多元统计分耪常用 的主惑分析和偏最小二乘分析方法，分析其相应的算法特点，作为后续章节提出 新方法的基础。 在实嚣旋臻孛，人襄莛毪簿鳘阉壤蓬程中溪测静数据不仪鼹毽含冬霹蹩多豹 有用信息，同时特征变量数又要尽可能的少，