基于核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障診斷方法，包括：采集青霉素發(fā)酵過程的離線歷史正常數(shù)據(jù)；分別對青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集進行規(guī)范及標準化；利用改進的核偏最小二乘方法建立青霉素發(fā)酵過程的故障監(jiān)測模型；在線監(jiān)測青霉素發(fā)酵過程的故障；建立基于改進的核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障相關方向模型；進行青霉素發(fā)酵過程故障診斷。本發(fā)明將輸入空間劃分為：與輸出直接相關的主元空間，與輸出無關的主元空間以及與輸出無關的殘差空間。與傳統(tǒng)方法相比，既監(jiān)測到了和輸出相關的輸入變量，又精確的監(jiān)測到和輸入相關的變量。
【專利說明】基于核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障診斷方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于故障監(jiān)測與診斷【技術領域】，具體涉及一種基于核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障診斷方法。
【背景技術】
[0002]青霉素屬于抗生素的一種，是一種二次代謝產(chǎn)物，其發(fā)酵流程示意圖如圖1所示，整個生產(chǎn)周期包含4個生理期:反應滯后期、菌體迅速生長期、青霉素合成期和菌體死亡(自溶)期；2個物理子時段:細胞培養(yǎng)階段(又稱為批量操作階段，對應前兩個生理期，大約持續(xù)45h)與青霉素補料發(fā)酵階段(又稱為間歇補料操作階段，對應后兩個生理期，大約持續(xù)355h)。青霉素的發(fā)酵過程中，pH值和溫度采用閉環(huán)控制，而補料采用開環(huán)定值控制，通過控制反應過程中的PH值和發(fā)酵反應器內的溫度，可以使反應在最佳條件下進行。作為二次微生物代謝過程，該發(fā)酵過程通常的做法是:首先在一定的條件下進行微生物的培養(yǎng)，此為初始培養(yǎng)階段；然后通過不斷地補充葡萄糖，促進青霉素的合成，此為青霉素發(fā)酵階段，此階段所需的細胞都是在初始培養(yǎng)階段產(chǎn)生的。在發(fā)酵階段，青霉素作為代謝產(chǎn)物開始生成，經(jīng)過指數(shù)生長期，一直持續(xù)到靜止期。
[0003]由于目前我國多數(shù)青霉素發(fā)酵過程自動化程度還比較低，往往在生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)故障和異常情況頻繁發(fā)生的情況。其中，在控制泡沫時，若天然油脂使用過多則會影響菌體的呼吸代謝，若天然油脂的量過少則影響發(fā)酵的速度。在控制泡沫的時候，還需要加入酸、堿以調節(jié)發(fā)酵的PH值，過多或過少的酸、堿都會影響發(fā)酵的pH值，從而造成青霉素發(fā)酵失敗。另外，在細胞培養(yǎng)階段，菌體的濃度低，培養(yǎng)基營養(yǎng)豐富，容易形成染菌。青霉素發(fā)酵前期，染菌后雜菌容易繁殖，與生產(chǎn)菌爭奪營養(yǎng)成分和氧分，嚴重干擾生產(chǎn)菌的生長繁殖和產(chǎn)物的生成，干擾生產(chǎn)秩序，破壞生產(chǎn)計劃；發(fā)酵中期染菌會嚴重干擾生產(chǎn)菌的代謝，影響產(chǎn)物的生成，此時，一般會采用“倒灌”的做法，這樣會造成大量原材料的浪費和操作費用的增加。因此需要及時地診斷青霉素發(fā)酵過程中出現(xiàn)的異常和故障。
【發(fā)明內容】
[0004]針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種基于核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障診斷方法。
[0005]本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
[0006]基于核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障診斷方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1:采集青霉素發(fā)酵過程的離線歷史正常數(shù)據(jù)，包括青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集；
[0008]青霉素發(fā)酵過程操作變量包括通風率、攪拌器功率、底物喂料的流速、底物喂料的溫度、PH值及發(fā)酵反應器的溫度；
[0009]青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量包括青霉素的濃度、青霉素反應產(chǎn)生的熱量、二氧化碳的濃度、培養(yǎng)基的體積和菌體的濃度；
[0010]步驟2:分別對青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集進行規(guī)范及標準化；
[0011]步驟3:利用改進的核偏最小二乘方法建立青霉素發(fā)酵過程的故障監(jiān)測模型，該模型的輸入為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集，該模型的輸出為青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集；
[0012]步驟3.1:數(shù)據(jù)核映射:將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集通過核函數(shù)從原始數(shù)據(jù)空間映射到高維特征空間；
[0013]步驟3.2:利用核偏最小二乘法將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集分別劃分為主元空間和殘差空間；
[0014]步驟3.3:利用核主元分析法將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間劃分為殘差空間的主元空間和殘差空間的殘差空間，進而得到青霉素發(fā)酵過程的故障監(jiān)測模型:
[0015]將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集表示為其主元空間的數(shù)據(jù)集、殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集和殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集之和，將青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集表示為其主元空間的數(shù)據(jù)集和殘差空間的數(shù)據(jù)集之和；
[0016]步驟4:利用青霉素發(fā)酵過程的故障監(jiān)測模型，在線監(jiān)測青霉素發(fā)酵過程的故障；
[0017]步驟4.1:在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量數(shù)據(jù)；
[0018]步驟4.2:對在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量數(shù)據(jù)進行規(guī)范及標準化；
[0019]步驟4.3:數(shù)據(jù)核映射:將在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)通過核函數(shù)從原始數(shù)據(jù)空間映射到高維特征空間；
[0020]步驟4.4:計算在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間中的霍特林統(tǒng)計量、在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間中的霍特林統(tǒng)計量和在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間中的SPE統(tǒng)計量；
[0021]步驟4.5:判斷計算得到的在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間中的霍特林統(tǒng)計量、在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間中的霍特林統(tǒng)計量和在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間中的SPE統(tǒng)計量中是否有至少一個統(tǒng)計量高于其相應的置信限:是，則當前青霉素發(fā)酵過程出現(xiàn)故障，執(zhí)行步驟5，否則返回步驟4.1 ；
[0022]步驟5:建立基于改進的核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障相關方向模型；
[0023]步驟5.1:采集青霉素發(fā)酵過程的離線歷史故障數(shù)據(jù)，包括青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集；
[0024]步驟5.2:對青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集進行規(guī)范及標準化；
[0025]步驟5.3:將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集通過核函數(shù)從原始數(shù)據(jù)空間映射到高維特征空間；
[0026]步驟5.4:根據(jù)青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集，重構青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的故障相關方向；
[0027]步驟5.4.1:利用核偏最小二乘方法將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集分別劃分主元空間和殘差空間，分別得到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的核偏最小二乘模型和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的核偏最小二乘模型；
[0028]步驟5.4.2:把青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的數(shù)據(jù)集分別正交映射到青霉素運行過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的負載矩陣和青霉素運行過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的負載矩陣，得到正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的主元空間的數(shù)據(jù)集和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集;
[0029]步驟5.4.3:利用核主元分析法確定正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的主元空間的數(shù)據(jù)集的主元和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集的主元；
[0030]步驟5.4.4:分別求青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的數(shù)據(jù)集在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的主元空間的負載矩陣方向上的主元和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的數(shù)據(jù)集在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的殘差空間的負載矩陣方向上的主元，分別得到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的故障主元和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的故障主元；
[0031]步驟5.4.5:計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的故障主元在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的主元空間的主元中所占比例，計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的故障主元在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的殘差空間的主元中所占比例；
[0032]步驟5.4.6:兩類比例值中大于設定的比例下限的各比例值所對應的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的故障主元和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的故障主元分別組成新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的主元方向和新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元方向；
[0033]步驟5.4.7:利用新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的主元方向對應的負載矩陣和新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元方向對應的負載矩陣，重構青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的主元空間的負載矩陣和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的殘差空間的負載矩陣，即青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的故障相關方向；
[0034]步驟5.5:根據(jù)青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集重構青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的故障相關方向；
[0035]步驟5.5.1:利用核主元分析方法，分別將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間劃分為殘差空間的主元空間和殘差空間的殘差空間，分別得到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的核主元模型和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的核主元模型；
[0036]步驟5.5.2:把青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集分別正交映射到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的負載矩陣和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的負載矩陣，得到正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集；
[0037]步驟5.5.3:利用核主元分析法確定正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集的主元和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集的主元；
[0038]步驟5.5.4:求青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的負載矩陣方向上的主元，求青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的負載矩陣方向上的主元，即青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的故障主元和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的故障主元；
[0039]步驟5.5.5:計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的故障主元在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的主元中所占比例，計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的故障主元在正交映射后青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的主元中所占比例；
[0040]步驟5.5.6:兩類比例值中大于設定的比例下限的各比例值所對應的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的故障主元和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的故障主元分別組成新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的主元方向和新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元方向；
[0041]步驟5.5.7:利用新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的主元方向對應的負載矩陣和新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元方向對應的負載矩陣，重構青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的負載矩陣和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的負載矩陣，即青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的故障相關方向；
[0042]步驟5.6:根據(jù)青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集重構青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的故障相關方向；
[0043]步驟5.6.1:將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集分別正交映射到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的負載矩陣和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的負載矩陣，得到正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間；
[0044]步驟5.6.2:利用核主元分析法確定正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集的主元和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集的主元;
[0045]步驟5.6.3:把青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集映射到正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間的負載矩陣，把青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集映射到正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的負載矩陣，得到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間的映射空間的數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的映射空間的數(shù)據(jù)集；
[0046]步驟5.6.4:計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間的映射空間的數(shù)據(jù)集的負載矩陣的距離，計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的映射空間的數(shù)據(jù)集的負載矩陣的距離，并計算兩個距離的比值；
[0047]步驟5.6.5:計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間的映射空間的數(shù)據(jù)集的負載矩陣的距離，計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的映射空間的數(shù)據(jù)集的負載矩陣的距離，并計算兩個距離的比值；
[0048]步驟5.6.6:該兩類距離的比值大于其設定比值下限的所有距離的比值對應的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間分別組成新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間的主元方向和新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的主元方向；
[0049]步驟5.6.7:利用新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間的主元方向和新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的主元方向，重構青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的故障相關方向；
[0050]步驟5.7:針對青霉素發(fā)酵過程的所有故障，應用步驟5.1-5.6分別重構出青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的故障相關方向、青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的故障相關方向、青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的故障相關方向構成基于改進的核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障相關方向，從而建立了改進的核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障相關方向的模型庫；
[0051]步驟6:利用青霉素發(fā)酵過程故障相關方向模型進行青霉素發(fā)酵過程故障診斷；
[0052]步驟6.1:根據(jù)青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的故障相關方向，計算在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的得分矩陣及其對應的霍特林統(tǒng)計量；
[0053]步驟6.2:根據(jù)青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的故障相關方向，計算在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的得分矩陣及其對應的霍特林統(tǒng)計量；
[0054]步驟6.3:根據(jù)青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的故障相關方向，計算在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPE統(tǒng)計量;
[0055]步驟6.4:判斷在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的霍特林統(tǒng)計量、在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的霍特林統(tǒng)計量、在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPE統(tǒng)計量是否均低于設定的各自的置信限，是，則當前故障即為青霉素發(fā)酵過程中真正的故障，否則當前故障為已有故障的組合或是新的故障。
[0056]有益效果:
[0057]1.傳統(tǒng)的核偏最小二乘法的監(jiān)測中:(1)主?？臻g中存在一些變量是和輸出正交的，這些變量與輸出無關；(2)核偏最小二乘法并不是像核主元分析法那樣，根據(jù)特征值遞減的方法提取主元，因此殘差空間的變量不應用SPE統(tǒng)計量監(jiān)控針對傳統(tǒng)方法的問題，本發(fā)明將輸入空間劃分為:與輸出直接相關的主元空間，與輸出無關的主元空間(殘差空間的主元空間)以及與輸出無關的殘差空間(殘差空間的殘差空間)。與傳統(tǒng)方法相比，既監(jiān)測到了和輸出相關的輸入變量，又精確的監(jiān)測到和輸入相關的變量。
[0058]2、，對改進的核偏最小二乘回歸的方法進行重構從而監(jiān)測到青霉素發(fā)酵過程中的不同故障類型。通過改進的核偏最小二乘回歸的方法，將生產(chǎn)過程獲取的操作變量進行了相關性處理，運用處理后的數(shù)據(jù)進行重構并建立改進的核偏最小二乘重構監(jiān)測模型，通過仿真實驗結果說明了本發(fā)明的有效性及可行性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0059]圖1是青霉素發(fā)酵流程示意圖；
[0060]圖2是本發(fā)明【具體實施方式】的故障I數(shù)據(jù)的故障監(jiān)測統(tǒng)計圖；
[0061](a)為在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的霍特林統(tǒng)計量圖；
[0062](b)為在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的霍特林統(tǒng)計量圖；
[0063](c)為在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPEx統(tǒng)計量圖；
[0064]其中，曲線1:在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的霍特林統(tǒng)計量；曲線2:在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的霍特林統(tǒng)計量的置信限；曲線3:在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的霍特林統(tǒng)計量；曲線4:在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的霍特林統(tǒng)計量的置信限；曲線5:在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPE統(tǒng)計量SPEx ;曲線6:在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPE統(tǒng)計量SPEx的置信限；
[0065]圖3為本發(fā)明的【具體實施方式】的故障2數(shù)據(jù)的故障監(jiān)測統(tǒng)計圖；
[0066](a)為在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的霍特林統(tǒng)計量圖；
[0067](b)為在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的霍特林統(tǒng)計量圖；
[0068](c)為在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPEx統(tǒng)計量圖；
[0069]其中，曲線7:在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的霍特林統(tǒng)計量；曲線8:在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的霍特林統(tǒng)計量的置信限；曲線9:在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的霍特林統(tǒng)計量；曲線10:在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的霍特林統(tǒng)計量的置信限；曲線11:在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPE統(tǒng)計量SPEx ；曲線12:在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPE統(tǒng)計量SPEx的置信限；
[0070]圖4為本發(fā)明的【具體實施方式】的故障I數(shù)據(jù)的故障診斷統(tǒng)計量圖；
[0071](a)為故障I數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障I數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的霍特林統(tǒng)計量圖；
[0072](b)為故障I數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障I數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的霍特林統(tǒng)計量圖；
[0073](c)為故障I數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障I數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPE統(tǒng)計量SPEx圖；
[0074]其中，曲線13:故障I數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障I數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的霍特林統(tǒng)計量；曲線14:故障I數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障I數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的霍特林統(tǒng)計量的置信限；曲線15:故障I數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障I數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的霍特林統(tǒng)計量；曲線16:故障I數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障I數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的霍特林統(tǒng)計量的置信限；曲線17:故障I數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障I數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPE統(tǒng)計量SPEx ;曲線18:故障I數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障I數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPE統(tǒng)計量SPEx的置信限；
[0075]圖5為本發(fā)明的【具體實施方式】的故障I數(shù)據(jù)的故障診斷統(tǒng)計量圖；
[0076](a)為故障2數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障I數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的霍特林統(tǒng)計量圖；
[0077](b)為故障2數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障I數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的霍特林統(tǒng)計量圖；
[0078](c)為故障2數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障I數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPE統(tǒng)計量SPEx圖；
[0079]其中，曲線19:為故障2數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障I數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的霍特林統(tǒng)計量；曲線20:為故障2數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障I數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的霍特林統(tǒng)計量的置信限；曲線21:為故障2數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障I數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的霍特林統(tǒng)計量；曲線22:為故障2數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障I數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的霍特林統(tǒng)計量的置信限；曲線23:為故障2數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障I數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPE統(tǒng)計量SPEx ；曲線24:為故障2數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障I數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPE統(tǒng)計量SPEx的置信限；
[0080]圖6為本發(fā)明的【具體實施方式】的故障2數(shù)據(jù)的故障診斷統(tǒng)計量圖；
[0081](a)為故障2數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障2數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的霍特林統(tǒng)計量圖；
[0082](b)為故障2數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障2數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的霍特林統(tǒng)計量圖；
[0083](c)為故障2數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障2數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPE統(tǒng)計量SPEx圖；
[0084]其中，曲線25:為故障2數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障2數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的霍特林統(tǒng)計量；曲線26:為故障2數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障2數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的霍特林統(tǒng)計量的置信限；曲線27:為故障2數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障2數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的霍特林統(tǒng)計量；曲線28:為故障2數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障2數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的霍特林統(tǒng)計量的置信限；曲線29:為故障2數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障2數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPE統(tǒng)計量SPEx ；曲線30:為故障2數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障2數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPE統(tǒng)計量SPEx的置信限；
[0085]圖7為本發(fā)明的【具體實施方式】的故障2數(shù)據(jù)的故障診斷統(tǒng)計量圖；
[0086](a)為故障I數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障2數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的霍特林統(tǒng)計量圖；
[0087](b)為故障I數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障2數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的霍特林統(tǒng)計量圖；
[0088](c)為故障I數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障2數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPE統(tǒng)計量SPEx圖；
[0089]其中，曲線31:為故障I數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障2數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的霍特林統(tǒng)計量；曲線32:為故障I數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障2數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的霍特林統(tǒng)計量的置信限；曲線33:為故障I數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障2數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的霍特林統(tǒng)計量；曲線34:為故障I數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障2數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的霍特林統(tǒng)計量的置信限；曲線35:為故障I數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障2數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPE統(tǒng)計量SPEx ；曲線36:為故障I數(shù)據(jù)建立的故障相關方向診斷故障2數(shù)據(jù)的操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPE統(tǒng)計量SPEx的置信限；
[0090]圖8為本發(fā)明的【具體實施方式】的基于核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障診斷方法流程圖。
【具體實施方式】
[0091]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細說明。
[0092]由于青霉素發(fā)酵過程中的故障是千變萬化的，即使同一操作變量的不同故障輸入對狀態(tài)變量的影響也是不同的，但最終都會影響青霉素的產(chǎn)量和質量。
[0093]本實施方式中青霉素發(fā)酵過程的通風率存在兩種不同類型的故障一類型I和類型2，分別表示階躍故障和斜坡故障，應用基于核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障診斷方法對于通風率的故障類型I和類型2兩種不同的故障類型的青霉素發(fā)酵過程進行診斷。
[0094]基于核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障診斷方法，如圖8所示，包括以下步驟:
[0095]步驟1:采集青霉素發(fā)酵過程的離線歷史正常數(shù)據(jù)，包括青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X ^ = [X1，…，XB] e (JXB)和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集r = [Y1,-,yB] e (Ji XB)，其中，下標B為數(shù)據(jù)采樣的個數(shù)，J'、J均為變量個數(shù)；
[0096]青霉素發(fā)酵過程操作變量包括通風率、攪拌器功率、底物喂料的流速、底物喂料的溫度、PH值及發(fā)酵反應器的溫度；
[0097]青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量包括青霉素的濃度、青霉素反應產(chǎn)生的熱量、二氧化碳的濃度、培養(yǎng)基的體積和菌體的濃度；
[0098]每個青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集各包含300個采樣樣本；
[0099]步驟2:分別對青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X ' = [X1,…，xB]和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集V = Ly1,…，Yb]進行規(guī)范及標準化:分別使青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X , = [X1,…，Xb]和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集V = [Y1, -,Yb]的均值為O且方差為1，得到規(guī)范及標準化的青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X = [X1,-,χΒ]和規(guī)范及標準化的青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集Y= [yi，…，yB]；
[0100]步驟3:利用改進的核偏最小二乘方法建立青霉素發(fā)酵過程的故障監(jiān)測模型，該模型的輸入為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X = [Xl，...，&]，該模型的輸出為青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集Y= Ly1, -,Yb]；
[0101]步驟3.1:數(shù)據(jù)核映射:將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集通過核函數(shù)φ從原始數(shù)據(jù)空間映射到高維特征空間，即X — φ (X)；
[0102]步驟3.2:利用核偏最小二乘法將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集Y分別劃分為主元空間和殘差空間；
[0103]步驟3.3:利用核主元分析法將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間劃分為殘差空間的主元空間和殘差空間的殘差空間，進而得到青霉素發(fā)酵過程的故障監(jiān)測模型:將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集表示為其主元空間的數(shù)據(jù)集、殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集和殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集之和，將青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集表示為其主元空間的數(shù)據(jù)集和殘差空間的數(shù)據(jù)集之和；
Φ(Χ)Τ=?Ρ' +TiP11 +Φ( X)'
[0104]1 J _ λ χ [ 1(I)
Yt = TQt+Yt
[0105]其中，上標T表示轉置，TPt為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的主元空間的數(shù)據(jù)集，TtP/+0>(又,為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的數(shù)據(jù)集，ΤχΡχτ為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集，為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集，TQt為青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集Y的主元空間的數(shù)據(jù)集，?τ為青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集Y的殘差空間的數(shù)據(jù)集；Τ為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的主元空間的得分矩陣，P為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的主元空間的負載矩陣，!；為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的主元空間的得分矩陣，匕為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的主元空間的負載矩陣；
[0106]步驟4:利用青霉素發(fā)酵過程的故障監(jiān)測模型，在線監(jiān)測青霉素發(fā)酵過程的故障；
[0107]步驟4.1:在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)X' new e (JXl)和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量數(shù)據(jù)y'XD ；
[0108]步驟4.2:對在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量數(shù)據(jù)進行規(guī)范及標準化，得到規(guī)范及標準化后的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)Xnew e (JXl)和規(guī)范及標準化后的青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量數(shù)據(jù)ynOT e (J' XI)；
[0109]步驟4.3:數(shù)據(jù)核映射:將在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)通過核函數(shù)Φ從原始數(shù)據(jù)空間映射到高維特征空間，即Xnrat — Φ (Xnew)；
[0110]步驟4.4:計算在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)Xmw在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的主元空間中的霍特林統(tǒng)計量(Hotelling-T2)、在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)Xmw在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間中的霍特林統(tǒng)計量(Hotelling-T2)和在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)Xnew在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集Xnew的殘差空間中的SPE統(tǒng)計量；
[0111]在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)Xnrat在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的主元空間中的霍特林統(tǒng)計量如下:
[0112]|υ(Χ-)Φ(Χ)、=ΚΛ-(2)
\τ2 =t
1.new new
[0113]式中，tnOT為在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)Xnrat在高維特征空間中的非線性主元；Kt為在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)Xmw與青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的內積向量，Uk為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的潛變量；Λ是青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的協(xié)方差矩陣；Τ2表示在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的主元空間中的霍特林統(tǒng)計量(Hotelling-T2)；
[0114]在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)Xnrat在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的得分向量及霍特林統(tǒng)計量如下:
r ^ JtwiV=pXUη、
[0115]< ^, τ(3)
?Γχ'
[0116]式中，tx,new為在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)Xnew的殘差1-在高維特征空間中的非線性主元；Φ(υ為從原始數(shù)據(jù)空間映射到高維特征空間后Xmw的殘差，Ax是青霉素運行過程離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的協(xié)方差矩陣；7；2表示Xnrat在青霉素運行過程離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間中的霍特林統(tǒng)計量；
[0117]在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)Xnew在青霉素運行過程離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間中的SPE統(tǒng)計量如下:
new =(ι—ΡχΡχΓ )Φ( )
[0118], V ；(4)
[SPEx =\\exjm f
[0119]式中，ex#w為在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)Xmw的殘差$_在高維特征空間中的殘差，SPEx為在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)Xnrat在青霉素運行過程離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間中的SPE統(tǒng)計量；
[0120]步驟4.5:判斷計算得到的在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)Xnew在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的主元空間中的霍特林統(tǒng)計量T2、在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)Xnrat在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間中的霍特林統(tǒng)計量廣和在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)XnOT在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間中的SPE統(tǒng)計量SPEx中是否有至少一個統(tǒng)計量高于其相應的置信限:是，則當前青霉素發(fā)酵過程出現(xiàn)故障，執(zhí)行步驟5，否則返回步驟4.1 ；
[0121]步驟5:建立基于改進的核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障相關方向模型；
[0122]步驟5.1:采集青霉素發(fā)酵過程的離線歷史故障數(shù)據(jù)，包括青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集X^f= [xlf,…，xBf] e (JXB)和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Yf' = [ylf，…，yBf] e (j' XB)；
[0123]步驟5.2:對青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集X ' f = [xlf,…，xBf]和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Yf' = [ylf，…，yBf]進行規(guī)范及標準化:
[0124]分別使青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集X ' f = [xlf,…，xBf]和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Yf' = [ylf，…，yBf]的均值為O且方差為1，得到規(guī)范及標準化的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集xf = [Xlf,…，xBf]和規(guī)范及標準化的青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Yf = [ylf，…，yBf]；
[0125]步驟5.3:將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集通過核函數(shù)Φ從原始數(shù)據(jù)空間映射到高維特征空間，即Xf — Φ (Xf)；
[0126]步驟5.4:根據(jù)青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集xf，重構青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的主?？臻g的故障相關方向；
[0127]步驟5.4.1:利用核偏最小二乘方法將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X分別劃分主元空間和殘差空間，分別得到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的核偏最小二乘模型Φ (Xf)τ和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的核偏最小二乘模型φ (X)T ;
[0128]
φ(χ)、φ(.中卜τρτ+φ,φ(χ_+φ(畔(5)
=Φ(Χ)τΦ(Χ)αατΦ(Χ)τ +Φ(χ) =ΚαατΦ(Χ)Γ+Φ(χ)
[0129]
Φ(χ,)τ=Φ(χ; )τ+φ(χ,)τ =τ,Ρ,τ+Φ(Χ/)Τ ρ;ρ;τ=φ(χ, )τ ρ,Α+φ(χ, )τ ρ;.ρ;τ ^
(6)
=Φ(Χ, )ΤΦ(Χ, Ια,α/Φ?χ,)1 +Φ^ΤκΡ^Κ,α,α/Φρ, f +Φ(Χ; )ΤΡ；Ρ；Τ
[0130]式中，Φ@)Τ =TPt為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的主元空間的數(shù)據(jù)集，Φ(文f為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的數(shù)據(jù)集，為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的主元空間的數(shù)據(jù)集，Φ(文為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的殘差空間的數(shù)據(jù)集，α為Φ⑴的主元空間的特征向量，a f為C>(Xf)的主元空間的特征向量，Pf為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的主元空間的負載矩陣，P}為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的殘差空間的負載矩陣，K為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X與青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的內積矩陣，Kf為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf與青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的內積矩陣，且P = Φ⑴α，K = Φ (Χ)ΤΦ (X)，Pf = Φ (Xf) a f，Kf=Φ (Xf) ΤΦ (Xf);
[0131]步驟5.4.2:把青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的主元空間的數(shù)據(jù)集分別正交映射到青霉素運行過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的主元空間的負載矩陣Pf和青霉素運行過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的殘差空間的負載矩陣ΡΛ得到正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的主元空間的主元空間的書籍和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的主元空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集φ(文;
Φ(χ,?.)' -Φ(χ)' P, P ' -O(X)' PP1 P P ?
[0132]=Φ(Χ)τ Φ(Χ)αατΦ(Χ)τ (Χ)α?α/Φ(Χ^)τ:Καα'Κ^α,α'Φ ( Xa )'(7)
φ(χ?^*τ =φ(χ)τρ/ρ；τ =Φ(Χ)ΤΡΡΤΡ/Ρ/Τ
[0133]=Φ(Χ)τΦ(Χ)αατΦ(Χ)τ Φ, (Χ)α/α,τΦ(Χ廠)τ
=Καα'K Να,4α/tO(Xa)'⑶
[0134]式中，< 為φ(Χ?)的殘差空間的特征向量，KnS青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X與青霉素運行過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的內積矩陣，Ρ； = Φ(Χ,)α/，κΝ = Φ (Χ)ΤΦ (Xf)；
[0135]步驟5.4.3:利用核主元分析法確定正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的主元空間的主元空間數(shù)據(jù)集Φ(義,/ 的主元Τ。和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的主元空間的殘差空間數(shù)據(jù)集Φ(文的主
-..ΓΒ-? *
兀 ;
Τ^φ(χ?,)τρε
[0136]=ΚααιΚνα,α, ιΦ(Χ;)' Φ(Χ, Ια,α, 'Κ,.'αα'Κ'α,.(9)
=Kaal K νa ,.a/K ,.a,.a,:1 K VTaa' K ' ar
Τ；=φ(χη,)*τρ；
[0137]v 1HO)
=Kaa1 K v a ,a,,1K ,,a ,,a , K v 丨 act1K 1:a,:s
[0138]上式中，a。為φ?)Τ的主元空間的特征向量，α:為Φ(文?,廣的主元空間的特征向量，P。為Φ(χ?, )τ的負載矩陣，P:為o(xnff的負載矩陣，Pc=?(Xw/)af, Ρ>φ(χ?,)*α:;
[0139]步驟5.4.4:分別求青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的主元空間的數(shù)據(jù)集在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的主元空間的主元空間的負載矩陣P。方向上的主元和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的殘差空間的數(shù)據(jù)集在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的殘差空間的負載矩陣P〗方向上的主元，分別得到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的故障主元Tf。和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的故障主元Tfc* ;
Tfr=O(Xy)1 P￡
[0140]=Φ(Χ/ f PlPf^Xnj )α,(11)
=K ,.α, α ,丨 K ',O7 Ow ! K ν ' αα' K ' α(,
Τ/=Φ(Χ/ )Τρ:=Φ民)Τφ(Χ/)*α；
[0141]=φ(χ, )ΤΡ/Ρ；τφ(χ,;/ )V(12)
= Κ/α/*α/τΚ；να/*α^:'τΚνταατΚτα￡,!,!
[0142]步驟5.4.5:計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的故障主元Tf。在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的主元空間的主元T。中所占比例RTfcu，計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的故障主元Tfc*在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的殘差空間的主元Tc*中所占比例RT:.丨-
[0143](/=】.u)(w
剛'L = Sf (纟=1，2，…馮)(丨4)
[0145]式中，var(.)表示方差，(:,i)表示一個矩陣的第i列，上式中的故障主元Tfc在主元T。中所占比例RTf。，i和故障主元Tfc*在主元Tc*中所占比例"7I,越大，表示故障數(shù)據(jù)主元空間沿各負載方向(即負載矩陣中的負載向量代表的方向)對霍特林統(tǒng)計量貢獻越大；
[0146]步驟5.4.6:兩類比例值中大于設定的比例下限的各比例值所對應的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的故障主元和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的故障主元分別組成新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的主元方向Rf。和新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元方向AJc;
[0147]步驟5.4.7:利用新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的主元方向Rf。對應的負載矩陣Pf。和新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元方向對應的負載矩陣Pfc*,重構青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的主元空間的主元空間的負載矩陣P。和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的殘差空間的負載矩陣ΡΛ即青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的故障相關方向PM。，。；
[0148]Prec,c = [P/f,P；c]= Φ(Χη/)α/Γ, φ(χ(^) at；(15)
[0149]其中，af。為與主元方向Rf。對應的特征向量，afc*為與主元方向^對應的特征向量;
[0150]步驟5.5:根據(jù)青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf重構青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的殘差空間的主元空間的故障相關方向；
[0151]步驟5.5.1:利用核主元分析方法，分別將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的殘差空間和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間劃分為殘差空間的主元空間和殘差空間的殘差空間，分別得到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的核主元模型φ 和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的核主元模型φ(文f ；
[0152]
φ(χ)Τ =Φ(χ)Τ +ET=T,PrT +φ(χ)Τ P；P:T
= φ(χ)τρχτ + φ(χ)τρ；ρ；τ
、: 1 ； τ τ (16)
= φ(χ) φ(χ)αΑτφ(χ) +φ(χ) φ(χ)α；α；τφ(χ)
=K Α.α,Φ (交)Τ +Κ,-α/α；1?^
[0153]
φ(χ/)τ=φ(χ/)τ+Ε/τ=?,/ρν/+φ(χ/)τρ/*ρ,/*τ
=Φ(χ/|ρ,Λ/τ+φ(χ/)Τν^^^^^
=φ(Χ/)Τ Φ(*/ K α, τφ(χ, )Τ + φ(χ7 )Τ φ(*, )ον α,.*ΤΦ(±,)'^
二Kif α,.α,.ΤΦ(Χ,f +K,.a,J
[0154]式中，Φ(Χ)Τ為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集，ΕΤ=Φ^)Τ為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集，Φ(Χ,)Τ為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集
Xf的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集，E/為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集，Px為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的負載矩陣，P/為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf
的殘差空間的負載矩陣，α 問的主元空間的特征向量，Cii*為Φ($的殘差空間的特征向量，CIif為Φ(文,)的主元空間的特征向量，aif*為Φ(文,)的殘差空間的特征向量，
Px，f為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的殘差空間的主元空間的負載矩陣，Px，/為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的殘差空間的殘差空間的負載矩陣，Ki為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的數(shù)據(jù)集:X與青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的數(shù)據(jù)集X的內積矩陣，Kif為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的殘差空間的數(shù)據(jù)集與青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的殘差空間的數(shù)據(jù)集^^的內積矩陣，且 ΡΧ=Φ(文)α!.’ Ρ>Φ(±)<，Κ?=Φ(文)ΤΦ(交)’ Ρ,,=Φ(*,)α?，P =Φ(χ;)α；,
Kr =φ(χ, )τφ(χ,)；
[0155]步驟5.5.2:把青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集φ(χ)τ分別正交映射到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf
的殘差空間的主元空間的負載矩陣Px，f和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的殘差空間的殘差空間的負載矩陣ΡΧ，Λ得到正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集?’
[0156]
Φ(Χ< )Τ = Φ(χ)Τ PxjPx./ = φ(χ)Τ PxPxtP,,A/
=φ(χ)Τ φ(χ)αΑτφ(χ)Τ φ(Χ/)?//'?,-/τφ(χ/-)Τ(IK)
= Κ,α/α,τΚΜα?Τα/φ(χ/)
[0157]
φ(χΗ/Γ =φ(χ)τρ,./ρ,；τ =?(x)TP,P/P,；Pv,；T
=φ(χ)Γ Φ(*)αΑτΦ(畔 Φ(文,)a,r ντΦ(±, )Γ(19)
=K Α.α/ΚΜα/α,/Τ Φ (文,)
[0158]式中，Km為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的數(shù)據(jù)集X與青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的殘差空間數(shù)據(jù)集交，的內積矩陣，且 κΜ=Φ(χ)τΦ(%);
[0159]步驟5.5.3:利用核主元分析法確定正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集的主元Tp和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集的主元 Tp*;
[0160]
τ,=φ(χ^)Τρ,
=KctATKMc^a,yΤΦ(χ7) φ(χ7)a;/'a,ytKm丁aΑτΚ,ταρ(20)
=Κ?αΙ.α?τΚΜα,/α,/Κ?/α;/α?/ΚΜτα,α/τΚ/ταρ
[0161]
τ；^Φ(χ,,)*τρ；(21)
^.α,.α/ΚΜα,.α,,^Κ,.α,,α/ΚΜ^,α^Κ^α；、’
[0162]式中，αρ*Φ(Χη/)的主元空間的特征向量，α;為Φ(ΧΗ/)*的主元空間的特征向量，Pp 為 Φ(χ<)的負載矩陣，P;為Φ(Χ?4 的負載矩陣，Pp =Φ(Χ?/)αρ ’ P； =φ(χ?,)4α；;
[0163]步驟5.5.4:求青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集Φ(Χ,)'在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的負載矩陣Pp方向上的主元，求青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集EI在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的負載矩陣K方向上的主元，即青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的故障主元Tfp和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的故障主元Tf/ ；
[0164]
Τ/,=Φ(Χ/)Τρ,=Φ(Χ/)Τφ(Χη/)?,
02)
=K,ra,:廠 α/ΚΜα#" tKmtCXAtK,ταρ
[0165]
ν=Ε,:Ρ;=Ε/Φ(Χ〃彳 a/
= φ(χ?Τ νχ/?χ/φ(χ^ a；(23)
=K,a, a,*TKMa, a,tTK tταΑτΚ/α;
[0166]步驟5.5.5:計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的故障主元Tfp在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的主元Tp中所占比例，計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的故障主元T；在正交映射后青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的主元B中所占比例；var(T, (:,/))
則(卜丨,2，...，叫(24)
var(T:;,(:./))
[0168]RT;p1:.(/ = 1,2,...,/?；)(25)
m var(T/7(:,z))1
[0169]上式中，故障主元Tfp在主元Tp中所占比例RTfru和故障主TI T在主元K中所占比例越大，表示青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間沿各負載方向對霍特林統(tǒng)計量7:貢獻越大；
[0170]步驟5.5.6:兩類比例值中大于設定的比例下限的各比例值所對應的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的故障主元和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的故障主元分別組成新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的主元方向Rfp和新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元方向;
[0171]步驟5.5.7:利用新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的主元方向Rfp對應的負載矩陣Pfp和新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元方向^^對應的負載矩陣P,重構青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的負載矩陣Pp和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的負載矩陣K，即青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的故障相關方向PMC;，p ；
[0172]
Prec’。=[Ρ^，Ρ;]=①(文?/)01負，Φ(Χ?,) (Xi,(26)
[0173]其中，a fp為與Rfp對應的特征向量，a fp*為與巧對應的特征向量；
[0174]步驟5.6:根據(jù)青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf重構青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的殘差空間的殘差空間的故障相關方向；
[0175]步驟5.6.1:將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集Et分別正交映射到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的殘差空間的主元空間的負載矩陣Px，f和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的負載矩陣ΡΧ，Λ得到正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的殘差空間的主元空間E1,和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的殘差空間的殘差空間E=；
K =ετρχ；/ρχτ/ = φ(χ)τρ；ρ；τρχ；/ρχτ/
[0176]=Κ!α；α；Τ Φ (χ)' Φ (X7) α^α^Φ (±f)'(27)
E:; =EtP-X, =Φ(±)Τ PXtP-X,
[0177]^.α^Φ^Φ?χ^α^Φ^)'(28)
[0178]步驟5.6.2:利用核主元分析法確定正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集的主元Te和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集E;；；的主元T:;
Te=E:^p=K,.a;a;TKMai/a；^(t )Τ Φ(Χ,)
[0179]a^ajK^a'afK^a^(29)
T:!:=E」P!!!
[0180]n> I丁丁τ(30)
T -r * * 1-rv- * *丄 Τ7 * 氺1 ~rr T * *1 T—rT ?
=K,.a,-a, KMara!y K,ra;/ar K1^aia,.K/an/
[0181]式中，anf為Enf的主元空間的特征向量，0^為En/的主元空間的特征向量，Pe
為Enf的主元空間的負載矩陣，V:為En/的主元空間的負載矩陣，Pe = Enf a nf，I^=E?,*aI,;
[0182]步驟5.6.3:把青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集映射到正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間的負載矩陣匕，把青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集E/映射到正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的負載矩陣P=，得到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間的映射空間的數(shù)據(jù)集Φ(ΧΛΡ)和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的映射空間的數(shù)據(jù)集Ef，e ；
[0183]
Φ(Χ/,) = Φ(Χ/ )ΤΡΡΡ/=Κ;/αχΦ(畔Φ(\ )α;/<
Κ?;τ Κ,τ αΗ/ α? Κ;α；α；τ ΚΜα(/ φ(χ；)
=K^aiy ajKMa^-ajK^alafK^a^-a^ K;a；af(31)
KMara^(X/)T
Ε" = Ε/Ρ；Ρ；Τ =Κ,Χ4Τ KMc4a:; KJi
[0184]# *τ?τ * *ττ, * *ττ, * *τ / ^、τπ?'?
α α, KJanfanf Ki^ai ΚΜα!7α!7 O(X7)?、一.)
[0185]步驟5.6.4:計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間的映射空間的數(shù)據(jù)集的負載矩陣的距離，計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集E到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的映射空間的數(shù)據(jù)集
Φ(Χ/,)的負載矩陣的距離，并計算兩個距離的比值RTf，e ；
[0186]
φ(χλ?/￡￥? 2
RTf =~~1 ； (e = l,2,---,Be)(33)
1明1
[0187]步驟5.6.5:計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集Ef到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間的映射空間的數(shù)據(jù)集的負載矩陣的距離，計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集E到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的映射空間的數(shù)據(jù)集
Φ(Χ/,)的負載矩陣的距離，并計算兩個距離的比值尺巧；
π
T "
Ετ>* τ>*Α
[0188]RT;e= — ? (o^\,2,-,Be)(34)
EP;P;::
[0189]式中，I I.I I表示歐幾里得長度，Pf,e為映射空間的負載矩陣，P;為映射空間Ete的負載矩陣，該距離之比越大，表示青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間Φ(交/)沿各負載方向對SPE統(tǒng)計量貢獻越大；
[0190]步驟5.6.6:該兩類距離的比值大于其設定比值下限的所有距離的比值對應的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間分別組成新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間的主元方向Vfe和新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的主元方向~,
[0191]步驟5.6.7:利用新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘左工丨司的殘差空間的主元空間的主元方向Vft和新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的主元方向重構青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的故障相關方向；
[0192]P“ t=(35)
[0193]其中，afe為主元方向Vfe對應的特征向量，為主元方向V；對應的特征向量；
[0194]步驟5.7:針對青霉素發(fā)酵過程的所有故障，應用步驟5.1-5.6分別重構出青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的故障相關方向Ρ_，。、青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的故障相關方向Pra，p、青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的故障相關方向Pra-構成基于改進的核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障相關方向，從而建立了改進的核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障相關方向的模型庫；
[0195]步驟6:利用青霉素發(fā)酵過程故障相關方向模型進行青霉素發(fā)酵過程故障診斷；
[0196]步驟6.1:根據(jù)青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的故障相關方向。，計算在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的得分矩陣Tf。及其對應的霍特林統(tǒng)計量;
Φ(文Λ -,-Γ =Φ(文Λ.)Τρ-,尤'(
[0197]ττ ,τ(36)
Ιφ(Χ/ο) =Φ(υ -Φ(Χ/—)
[0198]
τ/0=Φ(χ?ο)τψ=O(Xy^1)'ρ-φ(χ,,γ?,_)τρ
j.new , ew ^ fne ,Φ(Χ/,?., )Τ Φ(Χ)α-Φ(%_.)Τ UC(X)a=κ/,納,,α,'艦.α;;,魏,Κ:(ν!￡ηι,α - Φ (文,'肥f Φ(Χ,) α^ Κ,αα Κ α^Κ^)Τ Φ (Χ)α
-ΦΡ—)1 Φ, (Χ)αχτΚ!αατΚτα*,,α*;Κ^%να>;τΦ#^
=Kh-aO-aL-KL 咖 α—K/,。觀.α 廠 a}K$^TKTa#a)1.KaaTKwa/a/K/a
—K/,tv 奶 ra〉a*/ K?ouxTKTafraf Ka^K^a^a*/ Ky-a
(37)
[0199]TJ0,=^f0lA-1tf0l (i=l’2, Jn u)(38)
[0200]式中，為\?的主元空間的集合，tf。為得分矩陣Tf。的行向量，Af。為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的協(xié)方差矩陣，Jnew為在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的采樣數(shù)目，Ktnew為在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)Xmw的集合Xnrat與在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)Xnrat的集合Xnev的內積矩陣，KN，--為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集X與在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)Xnrat的集合Xnrat的內積矩陣，Kf&nOT為在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)Xnew的集合的主元空間數(shù)據(jù)集與青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集Xf的內積矩陣，a f new為Φ (Xf mw)的主元空間的特征向量；
[0201]步驟6.2:根據(jù)青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的故障相關方向，計算在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的得分矩陣τ x，f。及其對應的霍特林統(tǒng)計量;
[0202]
【權利要求】
1.基于核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障診斷方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:采集青霉素發(fā)酵過程的離線歷史正常數(shù)據(jù)，包括青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集； 青霉素發(fā)酵過程操作變量包括通風率、攪拌器功率、底物喂料的流速、底物喂料的溫度、PH值及發(fā)酵反應器的溫度； 青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量包括青霉素的濃度、青霉素反應產(chǎn)生的熱量、二氧化碳的濃度、培養(yǎng)基的體積和菌體的濃度； 步驟2:分別對青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集進行規(guī)范及標準化； 步驟3:利用改進的核偏最小二乘方法建立青霉素發(fā)酵過程的故障監(jiān)測模型，該模型的輸入為青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集，該模型的輸出為青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集； 步驟3.1:數(shù)據(jù)核映射:將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集通過核函數(shù)從原始數(shù)據(jù)空間映射到高維特征空間； 步驟3.2:利用核偏最小二乘法將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集分別劃分為主元空間和殘差空間； 步驟3.3:利用核主元分析法將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間劃分為殘差空間的主元空間和殘差空間的殘差空間，進而得到青霉素發(fā)酵過程的故障監(jiān)測模型: 將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集表示為其主元空間的數(shù)據(jù)集、殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集和殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集之和，將青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集表示為其主元空間的數(shù)據(jù)集和殘差空間的數(shù)據(jù)集之和； 步驟4:利用青霉素發(fā)酵過程的故障監(jiān)測模型，在線監(jiān)測青霉素發(fā)酵過程的故障； 步驟4.1:在線獲取青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量數(shù)據(jù)；步驟4.2:對在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量數(shù)據(jù)進行規(guī)范及標準化； 步驟4.3:數(shù)據(jù)核映射:將在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)通過核函數(shù)從原始數(shù)據(jù)空間映射到高維特征空間； 步驟4.4:計算在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間中的霍特林統(tǒng)計量、在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間中的霍特林統(tǒng)計量和在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間中的SPE統(tǒng)計量； 步驟4.5:判斷計算得到的在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間中的霍特林統(tǒng)計量、在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間中的霍特林統(tǒng)計量和在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)在青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間中的SPE統(tǒng)計量中是否有至少一個統(tǒng)計量高于其相應的置信限:是，則當前青霉素發(fā)酵過程出現(xiàn)故障，執(zhí)行步驟5，否則返回步驟4.1 ； 步驟5:建立基于改進的核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障相關方向模型；步驟5.1:采集青霉素發(fā)酵過程的離線歷史故障數(shù)據(jù)，包括青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集； 步驟5.2:對青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程狀態(tài)變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集進行規(guī)范及標準化； 步驟5.3:將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集通過核函數(shù)從原始數(shù)據(jù)空間映射到高維特征空間； 步驟5.4:根據(jù)青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集，重構青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的故障相關方向； 步驟5.5:根據(jù)青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集重構青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的故障相關方向； 步驟5.6:根據(jù)青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集重構青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的故障相關方向； 步驟5.7:針對青霉素發(fā)酵過程的所有故障，應用步驟5.1-5.6分別重構出青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的故障相關方向、青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的故障相關方向、青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的故障相關方向構成基于改進的核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障相關方向，從而建立了改進的核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障相關方向的模型庫； 步驟6:利用青霉素發(fā)酵過程故障相關方向模型進行青霉素發(fā)酵過程故障診斷； 步驟6.1:根據(jù)青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的故障相關方向，計算在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的得分矩陣及其對應的霍特林統(tǒng)計量； 步驟6.2:根據(jù)青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的故障相關方向，計算在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的得分矩陣及其對應的霍特林統(tǒng)計量； 步驟6.3:根據(jù)青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的故障相關方向，計算在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPE統(tǒng)計量; 步驟6.4:判斷在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的主元空間的霍特林統(tǒng)計量、在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的霍特林統(tǒng)計量、在線獲取的青霉素發(fā)酵過程操作變量數(shù)據(jù)的殘差空間的SPE統(tǒng)計量是否均低于設定的各自的置信限，是，則當前故障即為青霉素發(fā)酵過程中真正的故障，否則當前故障為已有故障的組合或是新的故障。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障診斷方法，其特征在于:所述步驟5.4具體按以下步驟執(zhí)行: 步驟5.4.1:利用核偏最小二乘方法將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集分別劃分主元空間和殘差空間，分別得到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的核偏最小二乘模型和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的核偏最小二乘模型； 步驟5.4.2:把青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的數(shù)據(jù)集分別正交映射到青霉素運行過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的負載矩陣和青霉素運行過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的負載矩陣，得到正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的主元空間的數(shù)據(jù)集和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集； 步驟5.4.3:利用核主元分析法確定正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的主元空間的數(shù)據(jù)集的主元和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集的主元； 步驟5.4.4:分別求青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的數(shù)據(jù)集在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的主元空間的負載矩陣方向上的主元和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的數(shù)據(jù)集在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的殘差空間的負載矩陣方向上的主元，分別得到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的故障主元和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的故障主元; 步驟5.4.5:計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的故障主元在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的主元空間的主元中所占比例，計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的故障主元在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的殘差空間的主元中所占比例； 步驟5.4.6:兩類比例值中大于設定的比例下限的各比例值所對應的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的故障主元和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的故障主元分別組成新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的主元方向和新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元方向； 步驟5.4.7:利用新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的主元方向對應的負載矩陣和新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元方向對應的負載矩陣，重構青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的主元空間的負載矩陣和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的主元空間的殘差空間的負載矩陣，即青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的主元空間的故障相關方向。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障診斷方法，其特征在于:所述步驟5.5具體按以下步驟執(zhí)行: 步驟5.5.1:利用核主元分析方法，分別將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間劃分為殘差空間的主元空間和殘差空間的殘差空間，分別得到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的核主元模型和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的核主元模型； 步驟5.5.2:把青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集分別正交映射到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的負載矩陣和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的負載矩陣，得到正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集； 步驟5.5.3:利用核主元分析法確定正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集的主元和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集的主元； 步驟5.5.4:求青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的負載矩陣方向上的主元，求青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的負載矩陣方向上的主元，即青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的故障主元和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的故障主元； 步驟5.5.5:計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的故障主元在正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的主元中所占比例，計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的故障主元在正交映射后青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的主元中所占比例； 步驟5.5.6:兩類比例值中大于設定的比例下限的各比例值所對應的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的故障主元和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的故障主元分別組成新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的主元方向和新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元方向； 步驟5.5.7:利用新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的主元方向對應的負載矩陣和新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元方向對應的負載矩陣，重構青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的負載矩陣和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的負載矩陣，即青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的故障相關方向。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于核偏最小二乘重構的青霉素發(fā)酵過程故障診斷方法，其特征在于:所述步驟5.6具體按以下步驟執(zhí)行: 步驟5.6.1:將青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集分別正交映射到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的負載矩陣和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的負載矩陣，得到正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間； 步驟5.6.2:利用核主元分析法確定正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集的主元和正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集的主元; 步驟5.6.3:把青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集映射到正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間的負載矩陣，把青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集映射到正交映射后的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的負載矩陣，得到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間的映射空間的數(shù)據(jù)集和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的映射空間的數(shù)據(jù)集; 步驟5.6.4:計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間的數(shù)據(jù)集到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間的映射空間的數(shù)據(jù)集的負載矩陣的距離，計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的映射空間的數(shù)據(jù)集的負載矩陣的距離，并計算兩個距離的比值； 步驟5.6.5:計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間的映射空間的數(shù)據(jù)集的負載矩陣的距離，計算青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的數(shù)據(jù)集到青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的映射空間的數(shù)據(jù)集的負載矩陣的距離，并計算兩個距離的比值； 步驟5.6.6:該兩類距離的比值大于其設定比值下限的所有距離的比值對應的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的主元空間和青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間分別組成新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間的主元方向和新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的主元方向； 步驟5.6.7:利用新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的主元空間的主元方向和新的青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史故障數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的殘差空間的主元方向，重構青霉素發(fā)酵過程操作變量離線歷史正常數(shù)據(jù)集的殘差空間的殘差空間的故障相關方向。
【文檔編號】G06F19/00GK104133991SQ201410337732
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權日:2014年7月15日
【發(fā)明者】張穎偉, 孫榮榮 申請人:東北大學