Deep Nonlinear Dynamic Feature Extraction for Quality Prediction Based on Spatiotemporal Neighborhood Preserving SAE

自编码 人工智能 计算机科学 非线性降维 非线性系统 过程(计算) 特征提取 特征(语言学) 深度学习 模式识别(心理学) 机器学习 特征学习 软传感器 数据挖掘 降维 哲学 物理 操作系统 量子力学 语言学
作者
Chenliang Liu,Kai Wang,Yalin Wang,Shengli Xie,Chunhua Yang
出处
期刊:IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:70: 1-10 被引量:19
标识
DOI:10.1109/tim.2021.3122187
摘要

Complex industrial process data often exhibit nonlinear static and dynamic characteristics. Traditional deep learning methods like stacked autoencoder (SAE) have excellent nonlinear static feature learning capabilities, but they ignore the dynamic correlation existing in process data. Feature learning based on manifold learning using neighborhood structure preserving has been widely used in industrial dynamic process monitoring. However, most of manifold learning methods extract linear features and the complex nonlinearities in process data are ignored. Therefore, a novel spatiotemporal neighborhood preserving stack autoencoder (STNP-SAE) is proposed to simultaneously learn deep nonlinear static and dynamic features of process data in this paper. By constructing the spatial and temporal adjacent graphs, STNP-SAE can capture the spatiotemporal neighborhood structure information of process data during the feature learning process. Then, STNP-SAE is utilized to construct a soft sensor framework for quality prediction. The prediction performance of the proposed method is validated on a practical industrial process.

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