Batch process monitoring based on global enhanced multiple neighborhoods preserving embedding

嵌入 过程(计算) 计算机科学 批处理 主成分分析 故障检测与隔离 恒虚警率 相似性(几何) 功能(生物学) 数据挖掘 支持向量机 算法 数学 模式识别(心理学) 人工智能 图像(数学) 进化生物学 执行机构 生物 程序设计语言 操作系统
作者
Hongjuan Yao,Xiaoqiang Zhao,Wei Li,Yongyong Hui
出处
期刊:Transactions of the Institute of Measurement and Control [SAGE]
卷期号:44 (3): 620-633 被引量:5
标识
DOI:10.1177/01423312211044742
摘要

Batch process generally has varying dynamic characteristic that causes low fault detection rate and high false alarm rate, and it is necessary and urgent to monitor batch process. This paper proposes a global enhanced multiple neighborhoods preserving embedding based fault detection strategy for dynamic batch process. Firstly, the angle neighbor is defined and selected to compensate for the insufficient expression for the spatial similarity of samples only by using the distance neighbor, and the time neighbor is introduced to describe the time correlations between samples. These three types of neighbors can fully characterize the similarity of the samples in time and space. Secondly, considering the minimum reconstruction error and the order information of three types of neighbors, an enhanced objective function is constructed to prevent the loss of order information when neighborhood preserving embedding (NPE) calculates the reconstruction weights. Furthermore, the enhanced objective function and a global objective function are organically combined to extract both global and local features, to describe process dynamics and visualize process data in a low-dimensional space. Finally, a monitoring index based on support vector data description is constructed to eliminate adverse effects of non-Gaussian data for monitoring performance. The advantages of the proposed method over principal component analysis, neighborhood preserving embedding, dynamic principal component analysis and time NPE are demonstrated by a numerical example and the penicillin fermentation process simulation.

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