[發明專利]一種復雜化工過程中振蕩信號的快速定位方法

有效

• 申請號: 201210008810.2
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN102541017A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 謝磊;陳貴;蘇宏業
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及石油、化工等流程工業控制系統故障診斷領域，特別地，涉及一種復雜化工過程中振蕩信號的快速定位方法。

背景技術

現代制造業設備具有規模大、復雜度高、變量多，并在閉環控制下運行的特點。尤其對于復雜的化工過程，往往具有成千上萬個回路，而且，這些回路互相影響，非線性強。對這些設備進行早期的和準確的故障檢測與診斷可以減少停產時間，增加設備運行的安全性，并減少制造成本。然而，只是傳統的性能監控和故障檢測并不能有效改善設備性能，缺乏故障定位的檢測仍然無法提供恢復和提高性能所應該采取的措施。

關于大規模設備和過程的故障路徑分析和故障定位的主要技術來自于兩種思路：一種是分析廠級大規模回路的振蕩檢測和振蕩源定位；另一種是基于概率統計的方法，通過信號分析得到故障信號的傳播路徑。基于振蕩信號分析主要利用到相關性分析技術和譜分析技術，這一技術的一個前提是信號出現明顯的振蕩。而在實際應用中，大規模的廠級振蕩是不允許發生的，從而使得這一方法的使用效果受到限制，不能在故障較為輕微的早期階段得到故障源信息。另一種基于轉移熵極其相似技術獲取大規模系統中的信號傳遞路徑，例如Bauer?等人在文獻(Bauer，M.，J.W.Cox，et?al.(2007).″Finding?the?direction?of?disturbance?propagation?in?a?chemical?process?using?transfer?entropy.″IEEE?Transactions?on?Control?Systems?Technology?15(1)：12-21.)中利用轉移熵獲取因果關系圖，從而判斷回路間的因果關系。這一方法的局限在于它需要復雜的概率密度函數估計，這會導致計算復雜度大幅上升并且計算準確度取決于較多參數的選取，這對于動態特性復雜多樣且未知的系統來說，實際應用有比較大的困難。另外一種利用互相關分析計算時間序列延遲的方法較為簡易實用，但是它對于非線性強的系統性能不佳，而且只利用操作數據，在沒有外部激勵的情況下，信號傳遞的準確時延仍然是一個沒有得到很好解決的技術難題。

針對實際情況，一種能夠實用于非線性、強耦合系統，無需復雜的計算和過程機理知識，能夠在故障發生初期診斷出故障源的方法有助于提高系統性能維護效率，實現局部調整和故障預防，對于延長預測控制系統壽命，提高經濟效益具有重要的實用價值。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供復雜化工過程中振蕩信號的快速定位方法。

復雜化工過程中振蕩信號的快速定位方法，其特征在于它的步驟如下：

1)記所要分析的變量數據用矩陣方式表示為X＝[x₁?x₂…x_K]，其中x_i為由變量測量數值構成的行向量，選取階次n，3≤n≤7，則n個不同數值按大小有n！個不同排列，記為s_k，k＝1，2，...，n！，將變量x_i相鄰n個數值作為一組，并根據他們的排列變換為符號序列，得到符號化后的矩陣，記為∏＝[π₁?π₂…π_K]；

2)對于任意兩個符號變量π_i、π_j，將π_j前移d個采樣單位，移動后的符號變量記為π_j(d)，其中d從1逐漸遞增，計算π_i到π_j的有向符號互信息，記為I_i→j(d)，計算方法如下：