多模型傳感器故障軟閉環(huán)容錯(cuò)控制方法研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著工業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜度的日益增加，系統(tǒng)對安全性與可靠性的要求也日益增高。同時(shí)，現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)豐富的數(shù)據(jù)儲備與飛速發(fā)展的控制技術(shù)又可為提高系統(tǒng)安全可靠性提供一定的保障。鑒于此，本文針對實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)多為非線性，且傳感器極易發(fā)生故障等問題，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)，分別提出了基于單模型與多模型的傳感器故障檢測及軟閉環(huán)容錯(cuò)控制方案，并對各類傳感器易發(fā)故障進(jìn)行了相應(yīng)仿真及半實(shí)體實(shí)驗(yàn)研究。論文圍繞所提出的方案，主要進(jìn)行了以下幾方面的研究工作:
　　1)基于

2、單模型的傳感器故障檢測及軟閉環(huán)容錯(cuò)控制方法研究
　　考慮工業(yè)控制系統(tǒng)多存在非線性耦合、時(shí)變、滯后等特性，難以建立精確機(jī)理模型，且閉環(huán)系統(tǒng)中傳感器故障及傳播效應(yīng)易使系統(tǒng)性能衰降等問題，提出了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的單模型傳感器故障檢測及軟閉環(huán)容錯(cuò)控制方法。首先基于數(shù)據(jù)驅(qū)動方法，利用過程運(yùn)行中的歷史數(shù)據(jù)分別建立非線性系統(tǒng)的RBF、LS-SVM和KPLS3種預(yù)測模型，并用單一模型預(yù)測輸出與實(shí)際傳感器輸出之差生成殘差信號;其次采用SPRT算法分

3、析歷史及當(dāng)前殘差信號進(jìn)行故障檢測;當(dāng)檢測出傳感器發(fā)生故障時(shí)，利用模型預(yù)測輸出代替物理傳感器的實(shí)際輸出，進(jìn)而以單模型預(yù)測軟閉環(huán)方式實(shí)現(xiàn)對傳感器故障的容錯(cuò)控制。仿真實(shí)驗(yàn)表明數(shù)據(jù)驅(qū)動預(yù)測模型與SPRT的結(jié)合能夠可靠檢測傳感器故障，而故障期間借助于軟閉環(huán)切換亦可實(shí)現(xiàn)傳感器故障的安全容錯(cuò)。
　　2)基于多模型的傳感器故障檢測及軟閉環(huán)容錯(cuò)控制方法研究
　　考慮單一模型建模方法自身的局限性及適用范圍，實(shí)際系統(tǒng)可能受到建模誤差等影響造成故障

4、檢測結(jié)果和軟閉環(huán)容錯(cuò)的不盡可靠與精準(zhǔn)等問題，結(jié)合多模型思想，提出了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的多模型傳感器故障檢測及軟閉環(huán)容錯(cuò)控制方案。即首先基于數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)，分別建立系統(tǒng)的RBF、LS-SVM和KPLS等3種預(yù)測模型，并與實(shí)際傳感器輸出構(gòu)造3路殘差信號;其次用SPRT算法進(jìn)行故障檢測，以2路或2路以上殘差信號超越閾值判決傳感器故障的發(fā)生;當(dāng)傳感器發(fā)生故障時(shí)，用多個(gè)預(yù)測模型輸出值的優(yōu)化融合代替實(shí)際傳感器的輸出，形成軟閉環(huán)實(shí)現(xiàn)對傳感器故障的容錯(cuò)控制

5、。仿真結(jié)果表明，多模型方法具有更高的故障檢測可靠性，且容錯(cuò)控制性能也更優(yōu)。
　　3)基于PCS平臺的傳感器故障檢測與軟閉環(huán)容錯(cuò)控制實(shí)驗(yàn)研究
　　考慮實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)與模型仿真系統(tǒng)的差異，為確保故障檢測與容錯(cuò)控制算法的工程可用性，借助于我校先進(jìn)控制實(shí)驗(yàn)室的PCS裝置搭建了一個(gè)傳感器故障檢測與容錯(cuò)控制基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺，對液位控制系統(tǒng)中的真實(shí)超聲波傳感器進(jìn)行故障檢測與容錯(cuò)控制的半實(shí)體實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也進(jìn)一步表明數(shù)據(jù)驅(qū)動預(yù)測模型與SPRT