[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（設計）人: 那文波;高宇;李明
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 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

本發(fā)明涉及一階定值控制系統(tǒng)傳感器故障診斷和容錯控制方法和系統(tǒng)，包括以下步驟：在線采集正常穩(wěn)定系統(tǒng)的傳感器輸出數據并確定故障檢測閾值，建立故障檢測模型；在線設置加性故障和乘性故障，采集故障數據；建立故障估計模型；建立故障分離模型；實時故障診斷。本發(fā)明可廣泛應用于一階定值控制系統(tǒng)的傳感器在線故障診斷中。

技術領域

本發(fā)明涉及一種傳感器故障診斷系統(tǒng)及其方法，尤其涉及一階定值控制系統(tǒng)傳感器故障診斷方法及系統(tǒng)，屬于數據驅動領域。

背景技術

數據驅動的故障診斷研究是較為熱門的研究領域，隨著DCS的廣泛應用，眾多企業(yè)都積累相當豐富的設備運行數據?；跀祿寗拥墓收显\斷是把系統(tǒng)作為一個黑箱處理，不再需要知道系統(tǒng)以及對象的精確的數學模型，通過系統(tǒng)過程運行數據分析與挖掘完成故障診斷。對于復雜且對象特性不便于掌握的被控對象，基于數據驅動的故障診斷方法有著較為明顯的優(yōu)勢。且一階定值控制系統(tǒng)是工程中常用到的控制系統(tǒng)，其簡單且易于實現，有利于降低企業(yè)生產成本并且提高企業(yè)安全性。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于數據驅動的一階定值系統(tǒng)傳感器故障診斷方法及系統(tǒng)。

技術方案：為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種基于數據驅動的一階定值系統(tǒng)傳感器故障診斷方法及系統(tǒng)，包裝有Matlab、WinCC的上位機，通過OPC技術將WinCC與MATLAB組成數據處理以及系統(tǒng)控制模塊。PLC控制器以及相關輸入輸出模塊組成的數據采集與傳輸模塊。

一種基于數據驅動的一階定值系統(tǒng)傳感器故障診斷方法，包括如下步驟：

(1)采集一階定值系統(tǒng)傳感器正常工作時的運行數據；

(2)設計符合本系統(tǒng)的傳感器故障強度，并將故障類型定性為加性故障和乘性故障，在裝有MATL AB的上位機上實現故障仿真；

(3)采集一階定值系統(tǒng)傳感器工作在步驟(2)中所設計模型時的運行數據；

(4)利用最小二乘法對模擬故障數據進行一次曲線擬合，取一次曲線的一次項系數作為故障特征，然后采用最小二乘法對故障特征、故障強度、故障類型等進行二次擬合，得到擬合曲線方程作為故障分離模型；

(5)在投入運行后，確定傳感器工作時的故障檢測閾值：

假設一階定值控制系統(tǒng)的響應從初始狀態(tài)到穩(wěn)定狀態(tài)時間是t_s，故障檢測所需要的數據包括采用系統(tǒng)穩(wěn)定后的時刻及其傳感器輸出值所構成的數據組，從第t_s時刻開始的數據組為第一個數據組，數據總組數為

其中T_s為采樣周期，t_c為整個系統(tǒng)的運行總時長。

每個采樣點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。

設系統(tǒng)發(fā)生故障后動態(tài)調節(jié)時間為t_a，則每t_a時間長度設置一個數據窗口，且每個數據窗口所包含的數據組數為

從第一組樣本數據開始，每過一個采樣周期向時間增長方向順序移動一組，即數據窗順移；一共可以順移設置(n-N_s)個數據窗口，將每個數據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