间歇过程统计监测与质量分析

第1章 间歇过程概述 1

1.1 引言 1

1.2 间歇过程特性 3

1.3 间歇过程的数据特征 4

1.4 间歇过程的典型例子——注塑成型工艺过程 5

1.5 全书概况 9

参考文献 12

第2章 过程监测的基础理论与方法 17

2.1 引言 17

2.2 多变量统计过程监测及故障诊断 18

2.2.1 数据的标准化处理 19

2.2.2 主成分分析（PCA） 20

2.2.3 偏最小二乘（PLS） 22

2.2.4 基于PCA的多变量统计过程监测 23

2.2.5 基于变量贡献图的故障诊断 25

2.2.6 PCA和PLS的衍生方法及其应用 26

2.3 结束语 26

参考文献 26

第3章 间歇过程统计监测的基础理论与方法 32

3.1 引言 32

3.2 间歇过程的数据处理 33

3.3 间歇过程多向统计分析方法 35

3.3.1 多向主成分分析与多向偏最小二乘 35

3.3.2 基于MPCA的间歇过程统计分析和在线监测 38

3.4 基于多时段的间歇过程统计分析方法 40

3.4.1 改进的多向统计分析方法 40

3.4.2 时段划分算法 41

3.4.3 基于时段的过程监测与质量预测 42

3.5 结束语 44

参考文献 44

第4章 基于子时段划分的PCA建模和在线监测 49

4.1 引言 49

4.2 间歇过程子时段自动划分方法 50

4.2.1 基本思想 51

4.2.2 基于时间片聚类的时段划分方法 51

4.2.3 步进有序时段划分方法 55

4.2.4 小结 58

4.3 间歇过程子时段建模与监测方法 60

4.3.1 基于子时段的PCA建模 60

4.3.2 基于子时段的在线过程监测 63

4.4 案例研究 64

4.4.1 三水箱实验装置 64

4.4.2 注塑过程中的应用研究 72

4.5 结束语 82

参考文献 82

第5章 基于有限批次的子时段划分、建模及在线监测 85

5.1 引言 85

5.2 独立成分分析 86

5.3 基于有限批次的子时段划分、建模与在线监测 89

5.3.1 基本思想 89

5.3.2 基于有限批次的数据预处理 91

5.3.3 基于有限批次的子时段划分 92

5.3.4 基于时段的ICA建模 93

5.3.5 在线过程监测与故障诊断 95

5.3.6 在线更新 95

5.4 青霉素发酵过程中的应用研究 98

5.4.1 过程描述 98

5.4.2 算法验证及讨论 100

5.5 结束语 105

参考文献 106

附录 交叉检验 108

第6章 不等长间歇过程的子时段PCA建模和在线监测 110

6.1 引言 110

6.2 处理间歇过程不等长数据的常用方法 112

6.3 不等长间歇过程的子时段PCA建模和在线监测 113

6.3.1 基本思想 113

6.3.2 不等长间歇过程的数据标准化 114

6.3.3 不等长间歇过程的子时段划分 115

6.3.4 建立用于过程监测的子时段PCA模型 117

6.3.5 在线过程监测和故障诊断 118

6.4 注塑过程中的应用研究 121

6.4.1 实验设计和建模数据 121

6.4.2 不等长注塑过程的子时段划分和PCA建模 122

6.4.3 不等长注塑过程的过程监测和故障诊断 124

6.4.4 小结 129

6.5 基于不等长组间分析的子时段建模与过程监测 129

6.5.1 基本思想 129

6.5.2 多时段与不等长组划分 131

6.5.3 基于组间关系分析的建模 132

6.5.4 局部置信区间的建立 134

6.5.5 在线过程监测 137

6.5.6 小结 138

6.6 案例研究 140

6.6.1 实验设计和建模数据 140

6.6.2 不等长组间关系分析 141

6.6.3 不等长注塑过程的在线监测 143

6.7 结束语 149

参考文献 149

附录A 组间共性分析算法 151

A.1 子基向量的定义 151

A.2 第一步基向量提取 152

A.3 第二步基向量提取 152

附录B 搜索算法 153

B.1 针对系统共性信息 153

B.2 针对系统特性信息 154

第7章 基于过渡的软时段划分、统计建模及在线监测 155

7.1 引言 155

7.2 基于硬时段划分的sub-PCA建模方法 156

7.3 基于过渡的软时段划分、统计建模及在线监测 158

7.3.1 基本思想 158

7.3.2 基于过渡的软时段划分 159

7.3.3 基于软时段划分的PCA建模 162

7.3.4 基于软时段划分的在线监测 164

7.4 三水箱系统中的实验研究 166

7.4.1 三水箱实验过程 166

7.4.2 软时段划分及过程分析 166

7.4.3 过程监测及故障诊断 168

7.5 结束语 172

参考文献 172

第8章 多模态间歇过程多时段建模与监测 175

8.1 引言 175

8.2 多模态协同时段分析、建模与监测 177

8.2.1 协同时段划分 177

8.2.2 模态间相对变化分析 178

8.2.3 基于相对变化的多模态建模 181

8.2.4 在线多模态监测 183

8.3 案例研究 185

8.3.1 过程描述 185

8.3.2 协同时段划分与建模 185

8.3.3 在线过程监测 190

8.3.4 在线故障检测 198

8.4 结束语 200

参考文献 201

第9章 基于相对变化分析与有限批次的故障建模与诊断 204

9.1 引言 204

9.2 基于主成分分析的故障检测与故障重构诊断方法 205

9.3 基于相对变化分析与有限批次的故障诊断 207

9.3.1 基本思想 207

9.3.2 有限批次的建模数据 208

9.3.3 有限批次协同时段划分 210

9.3.4 基于时段的相对变化分析 212

9.3.5 基于时段的故障重构与诊断 213

9.4 注塑过程中的应用研究 215

9.4.1 注塑过程描述 215

9.4.2 协同时段划分和相对变化分析 216

9.4.3 在线故障诊断 218

9.5 结束语 226

参考文献 226

第10章 基于时段的回归建模、质量分析及在线预测 229

10.1 引言 229

10.2 质量相关的子时段划分、子时段PLS建模与在线预测 231

10.2.1 基于时间片聚类的时段划分方法 231

10.2.2 步进有序时段划分方法 233

10.2.3 基于子时段PLS模型的在线质量预测方法 236

10.2.4 质量分析的辅助指标 237

10.2.5 小结 238

10.3 注塑过程中的应用研究 239

10.3.1 注塑过程的主要质量参数 239

10.3.2 实验设计和建模数据 239

10.3.3 质量分析的结果与讨论 242

10.3.4 离线及在线质量预测的结果与分析 247

10.3.5 小结 249

10.4 改进的子时段回归建模与质量分析 249

10.4.1 引言 249

10.4.2 基于子时段的质量相关分析 250

10.4.3 基于子时段的PLS建模 254

10.4.4 在线质量预测 256

10.5 案例研究 257

10.5.1 实验设计与建模数据 257

10.5.2 基于时段的质量分析与讨论 258

10.6 结束语 265

参考文献 265

第11章 基于时段局部及累积作用的质量分析 269

11.1 引言 269

11.2 质量分析的相关技术 270

11.3 基于时段局部及累积作用的质量分析 272

11.3.1 基本思想 272

11.3.2 基于时段局部作用的统计分析和回归建模 274

11.3.3 基于时段累积作用的统计分析和回归建模 278

11.4 青霉素发酵过程中的实验研究 280

11.4.1 实验设计和建模数据 280

11.4.2 基于时段的质量解释与预测分析 281

11.5 结束语 287

参考文献 288

第12章 基于子时段的间歇过程在线质量控制 291

12.1 引言 291

12.2 基于时段的质量控制策略 293

12.2.1 基本思想 293

12.2.2 离线建模与分析 293

12.2.3 在线质量控制 296

12.2.4 小结 299

12.3 注塑过程中的应用研究 300

12.3.1 离线分析 300

12.3.2 在线质量控制结果 302

12.4 结束语 307

参考文献 307

索引 310