基于主元分析傳感器故障檢測(cè)、辨識(shí)與重構(gòu)的研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)和自動(dòng)化水平的不斷提高,現(xiàn)代工業(yè)過(guò)程的自動(dòng)化控制朝著大型化、復(fù)雜化的方向發(fā)展,這類系統(tǒng)和設(shè)備一旦發(fā)生故障,不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,甚至造成人員傷亡和環(huán)境污染.故障診斷就是對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)與診斷,并對(duì)故障的原因、故障頻率、故障的危害程度及趨勢(shì)預(yù)測(cè)等的內(nèi)容進(jìn)行分析判斷,為確診故障點(diǎn)、及早采取維修、防護(hù)等補(bǔ)救措施提供科學(xué)的決策依據(jù).故障檢測(cè)和診斷技術(shù)(FDD)是近年來(lái)國(guó)際控制理論研究和實(shí)際應(yīng)用的熱點(diǎn)問(wèn)題之一.這項(xiàng)技術(shù)已取得了

2、許多應(yīng)用成果,并被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)過(guò)程.主元分析是多元統(tǒng)計(jì)分析方法中常用的一類方法,主要是基于原始數(shù)據(jù)空間,通過(guò)構(gòu)造一組新的潛隱變量以降低原始數(shù)據(jù)空間的維數(shù),再?gòu)男碌挠成淇臻g抽取主要變化信息,提取統(tǒng)計(jì)特征,從而構(gòu)成對(duì)原始數(shù)據(jù)空間特性的理解.該文針對(duì)過(guò)程系統(tǒng)控制中存在的大量測(cè)量傳感器,深入研究了基于主元分析(PCA)方法的傳感器故障的檢測(cè)、辨識(shí)和重構(gòu)問(wèn)題.進(jìn)行主元分析時(shí),需要建立一個(gè)反映正常工況的主元模型.Hotelling T2和預(yù)測(cè)

3、誤差平方和(SPE—Squared Prediction Error)是主元分析中用于過(guò)程監(jiān)視的兩個(gè)典型的統(tǒng)計(jì)量.在主元模型下,應(yīng)用T2和SPE對(duì)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè),共有四種可能的檢測(cè)結(jié)果.根據(jù)四種檢測(cè)結(jié)果的特點(diǎn),該文將傳感器故障劃分為兩種類型:SPE型傳感器故障和T2型傳感器故障.針對(duì)不同故障類型,分別進(jìn)行故障的檢測(cè)、辨識(shí)和重構(gòu)問(wèn)題的研究.對(duì)于SPE型傳感器故障的研究,當(dāng)采樣數(shù)據(jù)的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量預(yù)測(cè)誤差平方和(SPE)超限,則被檢測(cè)為

4、故障數(shù)據(jù),并根據(jù)這一檢測(cè)特點(diǎn),定義傳感器有效度指標(biāo)進(jìn)行SPE型傳感器故障的辨識(shí).根據(jù)故障重構(gòu)后SPE將減小到最小的特點(diǎn),從而完成了故障傳感器的準(zhǔn)確重構(gòu).并在故障重構(gòu)的基礎(chǔ)上,根據(jù)未重構(gòu)誤差方差向主元子空間(PCS)投影得到的值單調(diào)遞增,而向殘差子空間(RS)投影得到的值單調(diào)遞減的特點(diǎn),研究了求取最優(yōu)主元數(shù)的方法.對(duì)于T2型傳感器故障的研究,該文創(chuàng)新性地將故障臨界值與傳感器變量的相關(guān)系數(shù)結(jié)合,完成了當(dāng)采樣數(shù)據(jù)的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量T2超限而SPE未