[發(fā)明專利]一階定值控制系統(tǒng)傳感器故障診斷方法及診斷系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910264501.3
• 申請日: 2019-04-03
• 公開（公告）號: CN109976311A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 那文波;高宇;李明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計(jì)量大學(xué)
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一階定值控制系統(tǒng)傳感器故障診斷和容錯控制方法，其包括以下步驟：

1)在線采集系統(tǒng)的傳感器輸出數(shù)據(jù)并確定故障檢測閾值，其包括裝有Matlab的上位機(jī)通過OPC技術(shù)與下位控制器聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)下位控制器相同的控制方案，采集系統(tǒng)的傳感器輸出數(shù)據(jù)，計(jì)算確定故障檢測閾值，并建立故障檢測模型。

2)在線設(shè)置加性故障和乘性故障并采集故障數(shù)據(jù)，包括在上位機(jī)Matlab中分別設(shè)置不同強(qiáng)度的加性和乘性故障，獲得在原控制方案控制下個故障狀態(tài)下的傳感器輸出故障數(shù)據(jù)序列。

3)建立故障估計(jì)模型：加性故障強(qiáng)度A＝T_sy′_p，其中T_s為系統(tǒng)采樣周期，y′_p為故障發(fā)生后傳感器輸出的變化率極值；同等強(qiáng)度的乘性故障估計(jì)模型為其中y_sp為系統(tǒng)給定值。

4)建立故障分離模型：故障特征提取模型為確定故障特征β₁＝β_m；加性故障分離模型為p＝f₁(A)，乘性故障分離模型為q＝f₂(B)，利用最小二乘法擬合故障發(fā)生后的調(diào)節(jié)時間內(nèi)的數(shù)據(jù)得到模型參數(shù)將故障估計(jì)階段的A_m代入p＝f₁(A)得p_m，將B_m代入q＝f₂(B)得到q_m，令比較e₁和e₂的大小來確定故障類型。

5)漸變故障診斷：假設(shè)每次檢測出的故障強(qiáng)度為fau(j)(j＝1,2,…,n)，線性漸變故障關(guān)系為：

fau(j)＝k_graj+b

其中，

表示漸變故障強(qiáng)度的變化速度，在幾何上為該直線的斜率，fau(j)與fau(l)是系統(tǒng)檢測出的同一類型任意兩次故障強(qiáng)度；非線性故障關(guān)系為

fau(j)＝F(j)

其中j為第j次檢測出故障，該非線性關(guān)系可以用曲線擬合得到。

2.權(quán)利要求1所述的一階定值控制系統(tǒng)傳感器故障診斷和容錯控制方法，其特征在于：所述步驟1)中故障檢測閾值的確定方法：

假設(shè)一階定值控制系統(tǒng)的響應(yīng)從初始狀態(tài)到穩(wěn)定狀態(tài)時間是t_s，進(jìn)行故障檢測所需要的數(shù)據(jù)采用系統(tǒng)穩(wěn)定后的時刻及其傳感器輸出值所構(gòu)成的數(shù)據(jù)組，從第t_s時刻開始的數(shù)據(jù)組為第一個數(shù)據(jù)組，數(shù)據(jù)總組數(shù)為

其中T_s為采樣周期，t_c為整個系統(tǒng)的運(yùn)行總時長；

每個采樣點(diǎn)的殘差取絕對值表示為

|e(k)|＝|y_m(k)-y_sp|,(k＝1,2,3,...,n)

式中y_m(k)表示傳感器輸出值，y_sp表示系統(tǒng)給定值；

設(shè)系統(tǒng)發(fā)生故障后動態(tài)調(diào)節(jié)時間為t_a，則每t_a時間長度設(shè)置一個數(shù)據(jù)窗口，且每個數(shù)據(jù)窗口所包含的數(shù)據(jù)組數(shù)為

從第一組樣本數(shù)據(jù)開始，每過一個采樣周期向時間增長方向順序移動一組，即數(shù)據(jù)窗順移，一共可以順移設(shè)置(n-N_s)個數(shù)據(jù)窗口，將每個數(shù)據(jù)窗口所包含的傳感器輸出值與給定值殘差的絕對值求和，有

傳感器正常工作的m_nor(m_nor≤(n-N_s))個數(shù)據(jù)窗中，計(jì)算這些數(shù)據(jù)窗的E(k)值形成新的數(shù)據(jù)集SAE，計(jì)算SAE中E(i),(i＝1,2,…,m_nor)的平均值sae及標(biāo)準(zhǔn)差σ，其中，

然后，令

V_thres＝sae+3σ

其中，V_thres即為檢測閾值。

3.一階定值控制系統(tǒng)傳感器故障診斷系統(tǒng)，其特征在于：

裝有Matlab、WinCC的上位機(jī)，通過OPC技術(shù)將WinCC與MATLAB組成數(shù)據(jù)處理以及系統(tǒng)控制模塊；PLC控制器以及相關(guān)輸入輸出模塊組成的數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊。