[發明專利]一種網絡化三容水箱系統的泄漏故障診斷方法及系統

有效

• 申請號: 201110089431.6
• 申請日: 2011-04-11
• 公開（公告）號: CN102253663A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 何瀟;周東華;王子棟;吉吟東;劉洋
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯

技術領域

本發明涉及智能檢測領域，尤其涉及一種網絡化三容水箱系統的泄漏故障診斷方法及系統。

背景技術

網絡技術的飛速發展使得越來越多的系統通過網絡信道形成閉環，這些系統稱為網絡化系統(networked?systems，NSs)。NSs有許多優于傳統系統之處，諸如制造成本和能耗更低、易于安裝維護和資源共享等等。但與此同時，引入帶寬有限的網絡也給系統的分析和設計帶來了很多問題，如數據丟失、信號時滯、信號量化、時序混亂等等，這些問題不可避免地會造成系統性能下降，甚至可能導致系統不穩定。

目前對于故障診斷技術的發展主要還基于傳統的點對點系統，并對于數據傳輸有很多理想化假設，當這些方法應用于網絡化環境時，由于網絡帶寬有限因此需要做出相應改動。在過去的五年內，對于NSs的故障診斷(fault?diagnose，FD)和容錯控制(fault?tolerantcontrol，FTC)取得了很多研究進展，而且研究的系統復雜程度和實時系統的安全性要求都有所增加。

與傳統的系統的故障診斷策略類似，典型的NSs的FD過程也包含兩大步驟：殘差產生和殘差估計。在殘差生成過程中，需要殘差具備如下性質：對未知輸入、干擾、不完善測量魯棒，同時對故障敏感。目前一種被廣泛使用的NSs殘差生成方法是將其轉化為一個H_∞意義下的最優化問題。2008年，Gao等人設計的殘差生成器使得殘差與加權故障之間的誤差盡可能小。而在2009年，He等人針對含有不確定性傳輸概率矩陣的馬爾可夫網絡化系統的故障檢測問題進行研究，利用狀態擴展將此原始問題轉化為H_∞濾波問題加以解決。然而，現有的絕大多數研究結果都止步于數字仿真環節，即用簡單的數值算例驗證所提出的網絡化故障診斷方法。

三容水箱系統是故障診斷與容錯控制研究領域的一個基準系統(benchmark?system)，其與互聯網的結合所得到的基于互聯網的網絡化三容水箱系統為網絡化故障診斷與容錯控制方法的研究提供了一個算法比較與評估的平臺。但到目前為止尚未出現利用網絡化三容水箱系統進行泄漏故障診斷的實現方案。

發明內容

為了解決上述的技術問題，本發明提供了一種網絡化三容水箱系統的泄漏故障診斷方法及系統，以在真實的環境中實現故障診斷。

本發明提供了一種網絡化三容水箱系統的泄漏故障診斷方法，包括：

步驟1，根據三容水箱模型、網絡傳輸模型和預設的條件求解殘差生成器模型；

步驟2，根據殘差信號和殘差評價函數進行故障檢測。

在一個示例中，還包括步驟3，根據殘差貢獻度指標進行故障分離。

在一個示例中，網絡化三容水箱系統包括：三容水箱、第一網絡化控制系統和第二網絡化控制系統；第二網絡化控制系統接入互聯網，三容水箱通過第一網絡化控制系統接入互聯網。

在一個示例中，第一網絡化控制系統用于執行控制算法和故障診斷算法。

在一個示例中，還包括路由器和攝像機，攝像機和第一網絡化控制系統通過路由器接入互聯網；攝像機用于在線監控三容水箱。

在一個示例中，還包括上位機，所述上位機接入互聯網，用于監控第一網絡化控制系統和/或第二網絡化控制系統的運行。

在一個示例中，第一網絡化控制系統和第二網絡化控制系統均包括網絡化控制器，網絡化可視控制組態軟件和網絡可視化監控組態軟件；網絡化控制器用于執行控制和診斷算法；網絡化可視控制組態軟件用于向網絡化控制器下載控制和診斷算法；網絡可視化監控組態軟件用于觀測實驗數據。

在一個示例中，上位機安裝有網絡化可視控制組態軟件和網絡可視化監控組態軟件。

在一個示例中，三容水箱模型如下：