第5章基于改進(jìn)量子粒子群的粗糙集屬性約簡算法在故障診斷中的應(yīng)用(編輯修改稿)
2025-02-09 16:09 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 該算法中，主要分為兩個層次，如圖1所示：下層的1號種群和2號種群，3號種群和4號種群分別為兩對搜索空間相同但是飛行方向相反的種群；上層的5號種群追隨全局最優(yōu)，6號種群則是朝著和5號種群相反的方向搜索。這樣不但利用了下層4個種群的獨立搜索策略來保證尋優(yōu)過程可以在較大范圍進(jìn)行，又可以利用上層粒子群追逐當(dāng)前全局最優(yōu)點來保證算法的收斂性，兼顧了優(yōu)化過程的精度和效率，在優(yōu)化結(jié)果和收斂特性上均具有優(yōu)勢,有效地避免了收斂過程中早熟引起的陷入局部最優(yōu)。在多種群方案的具體設(shè)計上，既利用下層群的獨立搜索保證尋優(yōu)過程可以在較大范圍進(jìn)行，又可以利用上層粒子群追逐當(dāng)前全局最優(yōu)點來保證算法的收斂性,兼顧了優(yōu)化過程的精度和效率，為了防止錯過全局最優(yōu)，還設(shè)置了向群體最優(yōu)和全局最優(yōu)收斂的過程中同時還向相反的方向搜索。MQPSO的屬性約簡算法流程如下：Step1：初始化6個粒子群, 給定m個粒子的初始位置與初始速度；設(shè)置最大迭代次數(shù)Maxiter，t=1，初始化歷史最優(yōu)、種群最優(yōu)和全局最優(yōu)；Step2：通過適應(yīng)函數(shù)，計算每個粒子的適應(yīng)值fitness，更新歷史最優(yōu)、種群最優(yōu)和全局最優(yōu)；Step3：按不同要求分別對不同種群的粒子更新位置；Step4：編碼轉(zhuǎn)換；Step5：判斷是否要進(jìn)行粒子變異或者種群變異；Step6：t=t+1，如果，tMaxiter或未達(dá)到預(yù)定最優(yōu)值，則轉(zhuǎn)Step2；Step7：輸出全局最優(yōu)粒子，即為所求的最優(yōu)屬性約簡。 故障特征信息的二進(jìn)制編碼對于基于特征選擇的故障診斷方法來說，一種優(yōu)秀的特征選擇算法能夠準(zhǔn)確而快速地找到系統(tǒng)中的故障特征，進(jìn)而使故障診斷的效率和準(zhǔn)確率得到有效的提高。隨著特征選擇策略的深入研究，以及智能優(yōu)化算法繁榮發(fā)展，使得智能算法在特征選擇這一領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于故障特征選擇的對象是一個組合優(yōu)化問題，所以優(yōu)化算法中的粒子最好是一組能夠表達(dá)故障特征變量信息的二進(jìn)制編碼[7]。圖2 粒子編碼示意圖本文采用MQPSO算法來進(jìn)行故障特征選擇。粒子編碼示意圖如圖2所示。具體的編碼思路如下：對于從故障系統(tǒng)中所測得的變量我們并不知道是否為故障相關(guān)的特征變量，而我們的目的是要找出一個包含所有相關(guān)的故障特征變量的最優(yōu)子集，因此需要讓采集數(shù)據(jù)的變量數(shù)目與二進(jìn)制粒子的編碼長度相等，每個系統(tǒng)變量分別由一個比特位來表示，當(dāng)該比特位取值為1時，表示其對應(yīng)的變量被選作為特征變量，若取0則表示對應(yīng)的特征變量沒有被選擇。3 故障診斷在TE過程中的應(yīng)用 田納西伊斯曼(TennesseeEastman, TE)過程圖3 TE工藝流程圖TE過程是一個由伊斯曼化學(xué)品公司創(chuàng)建的復(fù)雜非線性過程，主要作用在于為評價監(jiān)控方法和過程控制提供一個現(xiàn)實的工業(yè)過程[8]。它是對真實工業(yè)過程的一個仿真，其中包含了反應(yīng)器、分離器、壓縮機(jī)、冷凝器和汽提塔等五個主要單元，以及A~H這8種成分，具體工藝流程如圖3所示。氣體A、C、D和E以及惰性氣體B作為反應(yīng)原料被送入反應(yīng)器，在反應(yīng)堆內(nèi)進(jìn)行了各種反應(yīng)最終生成了液態(tài)產(chǎn)物G和H，以及副產(chǎn)品F，具體反應(yīng)過程如式(2)所示。 (2) 過程變量TE過程一共含有12個控制變量和41個測量變量，其中，測量變量又分為22個過程測量變量和19個成分測量變量。表1列舉了每3min采樣一次的過程測量變量XMEAS(1)~XMEAS(22)，其它變量受篇幅限制未在表中列出。表1 TE過程測量變量變量描述單位變量描述單位XMEAS(1)A進(jìn)料(流1)km3/hXMEAS(12)產(chǎn)品分離器液位％XMEAS(2)D進(jìn)料(流2)kg/hXMEAS(13)產(chǎn)品分離器壓力kPa(表值)XMEAS(3)E進(jìn)料(流3)kg/hXMEAS(14)產(chǎn)品分離器塔底流量(流10)m3/hXMEAS(4)總進(jìn)料(流4)km3/hXMEAS(15)氣提器等級％XMEAS(5)再循環(huán)流量
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