[發(fā)明專利]一種基于模型特征的動(dòng)態(tài)故障診斷方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810678404.4
• 申請(qǐng)日: 2018-06-27
• 公開（公告）號(hào): CN110728007A
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王萬征;郭玉勝;張吉先;莊廣琛;宋雅蘭;艾瀛濤;鄧?yán)^權(quán);王海軍;李海強(qiáng);馬小艷;胡恒佳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京自動(dòng)化控制設(shè)備研究所
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G01C25/00
• 代理公司: 11007 核工業(yè)專利中心
• 代理人: 劉昕宇

1.一種基于模型特征的動(dòng)態(tài)故障診斷方法,其特征在于，包括下述步驟:

步驟一:針對(duì)系統(tǒng)，建立Kalman濾波器估計(jì)模型

式中：

X_k——狀態(tài)變量；第一次由外部給定，以后的計(jì)算由上一輪的結(jié)果給出；

Φ_k,k-1——t_k-1時(shí)刻至t_k時(shí)刻的一步轉(zhuǎn)移矩陣；由系統(tǒng)給出；

Z_k——量測(cè)量；由外部給定；

H_k——量測(cè)矩陣；由外部給定；

W_k——系統(tǒng)激勵(lì)噪聲序列；由外部給定；

V_k——量測(cè)噪聲序列；由外部給定；

k——循環(huán)次數(shù)，

卡爾曼濾波遞推方程組如下：

a)狀態(tài)一步預(yù)測(cè)：

是X_k的估計(jì)，初值是0，以后每個(gè)步驟用遞推結(jié)果

是X_k的一步預(yù)測(cè)；

b)狀態(tài)估計(jì)：

K_k濾波增益用公式(4)計(jì)算

c)濾波增益：

P_k/k-1是P_k的一步預(yù)測(cè)；

P_k是的均方誤差；

d)一步預(yù)測(cè)均方誤差：

Q_k是系統(tǒng)方程矩陣，由外部給定；

e)估計(jì)均方誤差：

R_k量測(cè)噪聲矩陣，外部給定

步驟二:建立狀態(tài)遞推器

為了檢驗(yàn)濾波器估計(jì)是否正常，建立一個(gè)狀態(tài)遞推器作為基準(zhǔn)，狀態(tài)遞推器的狀態(tài)變量和協(xié)方差為已知量，用表示的估計(jì)值，通過使用系統(tǒng)的先驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行計(jì)算，即

步驟三:進(jìn)行χ²檢驗(yàn)

慣導(dǎo)系統(tǒng)中可以一般通過兩種途徑實(shí)現(xiàn)χ²檢驗(yàn)：一是通過對(duì)新息進(jìn)行χ²檢驗(yàn)實(shí)現(xiàn)故障診斷，二是通過對(duì)狀態(tài)進(jìn)行χ²檢驗(yàn)實(shí)現(xiàn)故障診斷，

早期多采用新息校驗(yàn)的方法，但是由于濾波器的特性，可直接觀測(cè)狀態(tài)的估計(jì)結(jié)果會(huì)跟蹤觀測(cè)量，因此對(duì)軟故障基本沒有診斷能力，硬故障診斷的敏感程度也很大程度取決于濾波器的參數(shù)設(shè)置，因此目前大多采用狀態(tài)檢驗(yàn)的方法，

狀態(tài)χ²檢驗(yàn)算法計(jì)算過程如下所示：

定義

其中為公式7中計(jì)算得到的結(jié)果，P_k為公式6計(jì)算得到的結(jié)果；

為公式3計(jì)算的結(jié)果，是公式7計(jì)算的結(jié)果；

則符合n維χ²分布，其中n為系統(tǒng)狀態(tài)個(gè)數(shù)，

根據(jù)χ²檢驗(yàn)原理

a)當(dāng)時(shí)，無故障；

b)當(dāng)時(shí)，有故障，

通過查表選擇ε_ξ的大小，可以確定檢驗(yàn)條件的虛警率，

步驟四:解決故障誤報(bào)率隨時(shí)間上升問題

整個(gè)故障診斷系統(tǒng)初始化后，遞推器1和2同時(shí)開始工作，χ²檢驗(yàn)部分首先與遞推器1連接，檢測(cè)系統(tǒng)是否存在異常，當(dāng)?shù)谝淮蔚竭_(dá)重置時(shí)刻，將χ²檢驗(yàn)檢驗(yàn)部分與遞推器2連接，同時(shí)重置遞推器1，第二次到達(dá)重置時(shí)刻，χ²檢驗(yàn)部分與遞推器1連接，同時(shí)重置遞推器2，這樣，如果遞推器1在重置時(shí)被污染，仍可以通過遞推器2檢測(cè)到異常，到達(dá)第二次重置時(shí)刻如果未發(fā)現(xiàn)異常，說明第一次重置時(shí)遞推器1沒有受到污染，即可以繼續(xù)使用遞推器1，并重置遞推器2，之后以此類推，選擇合適的重置周期，可以將遞推器被污染的可能性降到很小。