一种基于DLAE的发酵过程故障监测方法 .pdfVIP

一种基于DLAE的发酵过程故障监测方法 .pdf

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(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN109740687A

(43)申请公布日2019.05.10

(21)申请号CN201910019624.0

(22)申请日2019.01.09

(71)申请人北京工业大学

地址100124北京市朝阳区平乐园100号

(72)发明人高学金徐子东

(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司

代理人吴荫芳

(51)Int.CI

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称

一种基于DLAE的发酵过程故障监

测方法

(57)摘要

本发明公开了一种对青霉素发酵过

程进行实时故障监测的新方法,包括“离线

建模”和“在线监测”两个阶段。“离线建模”

包括:首先对发酵过程的三维数据进行处

理;之后分别计算各个发酵批次数据的拉

普拉斯矩阵,用以表示批次内数据局部结

构信息;最后利用降噪拉普拉斯自动编码

器(DLAE)进行建模构造监控统计量,并利

用核密度估计方法确定控制限。“在线监

测”包括:对新采集的数据按照模型进行处

理,计算其统计量并与控制限进行比较判

断发酵过程是否运行正常。本发明能有效

利用批次内数据局部结构,同时降低了拉

普拉斯自动编码器训练成本及硬件需求。

同时采用降噪训练方式增强了模型鲁棒

性,故障监测的准确率较高。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

权利要求说明书

1.一种基于降噪拉普拉斯自动编码器(DenoisingLaplacianAutoencoder,DLAE)的发

酵过程故障监测方法,其特征包括“离线建模”和“在线监测”两个阶段,具体步骤如下:

A.离线建模阶段:

1)采集发酵过程正常工况下的历史数据,由离线测试得到的同一发酵过程相同工艺

下的I批次数据构成样本集X=(X

1

,X

2

,...,X

I

)

T

,其中X

i

表示第i批次数据,每个批次包含K个采样时刻,每个采样时刻采集J个过程变量,即

X

i

=(X

i,1

,X

i,2

,...,X

i,K

),其中X

i,k

表示第i批次第k采样时刻采集的数据,X

i,k

=(x

i,k,1

,x

i,k,2

,...,x

i,k,J

),其中x

i,k,j

表示第i批次中第k采样时刻的第j个过程变量的测量值;

2)对历史数据X进行标准化处理,处理方式如下:

首先计算历史数据X的所有时刻上所有过程变量的均值和标准方差,其中第k采样

时刻的第j个过程变量的均值

的计算公式为,

x

i,k,j

表示第i批次中第k采样时刻的第j个过程变量的测量值,k=1,...,K,j=1,...,J;第k采样

时刻的第j个过程变量的标准方差s

k,j

的计算公式为,

然后对历史数据X进行标准化,其中第i批次中第k采样时刻的第j个过程变量的标

准化计算公式如下:

其中,i=1,...,I,j=1,...,J,k=1,...,K;

3)将步骤2)标准化后的数据重新构造成三维矩阵X,该矩阵共有I个批次,即X=(X

1

,X

2

,...,X

I

)

T

,其中第i个批次数据X

i

=(X

i,1

,...,X

i,K

),X

i,k

=(X

i,k,1

,...,X

i,k,J

),其中X

i

,k,j

表示经过步骤2)标准化处理后的第i个批次中第k个采样时刻第j个过程变量的值,

其中i=1,...,I,k=1,...,K,j=1,...,J;

4)分别计算每个发酵批次的拉普拉斯矩阵,对于步骤3)标准化后的第i批次数据X

i

=(X

i,1

,X

i,2

,...,X

i,K

),其拉普拉斯矩阵L

i

求取方式如下:

利用

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