[發(fā)明專利]一種多變量工業(yè)過程故障辨識方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2019-06-19
• 公開（公告）號: CN110244690B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設計）人: 張漢元;張運楚;侯傳晶;辛征
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 楊哲

本公開公開了一種多變量工業(yè)過程故障辨識方法及系統(tǒng)，包括：接收正常操作工況數(shù)據(jù)集和故障模式數(shù)據(jù)集，根據(jù)正常操作工況數(shù)據(jù)集將故障模式數(shù)據(jù)集得到歸一化的故障模式數(shù)據(jù)集；采用移動窗口技術獲得各故障模式數(shù)據(jù)集的統(tǒng)計量模式矩陣；檢測到工業(yè)過程發(fā)送故障后，接收實時故障數(shù)據(jù)組成的待辨識數(shù)據(jù)集，根據(jù)正常操作工況數(shù)據(jù)集得到歸一化的待辨識數(shù)據(jù)集；采用移動窗口技術獲得待辨識數(shù)據(jù)集的統(tǒng)計量模式矩陣；在統(tǒng)計量模式空間中，從各故障模式數(shù)據(jù)集的統(tǒng)計量模式矩陣中提取出故障方向，依次沿各故障模式數(shù)據(jù)的故障方向對待辨識數(shù)據(jù)的統(tǒng)計量模式矩陣在殘差空間中進行故障重構；計算故障識別指標，確定待識別故障數(shù)據(jù)的故障類型。

技術領域

本公開屬于多變量工業(yè)過程故障識別的技術領域，涉及一種多變量工業(yè)過程故障辨識方法及系統(tǒng)，尤其涉及一種基于統(tǒng)計量模式分析故障重構的多變量工業(yè)過程故障辨識方法及系統(tǒng)。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

隨著計算機控制系統(tǒng)的廣泛應用，現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)日益趨于大型化、集成化、復雜化，工業(yè)過程的故障診斷已經(jīng)成為保證現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)安全、可靠、無故障穩(wěn)定運行的關鍵技術。由于在工業(yè)過程中能夠實時采集和存儲豐富的過程運行數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)驅動的故障檢測與診斷技術逐漸成為工業(yè)過程監(jiān)控領域的研究熱點。研究人員提出了一系列基于數(shù)據(jù)驅動的故障診斷方法，比如主元分析(PCA)、偏最小二乘(PLS)和統(tǒng)計量模式分析(SPA)等。

然而，發(fā)明人在研究過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有故障診斷方法的研究大多數(shù)集中在故障檢測問題上(即如何快速有效的發(fā)現(xiàn)過程在運行時出現(xiàn)故障)，檢測到故障發(fā)生后，針對故障源的診斷問題(即識別故障的類型和發(fā)生的原因)的研究相對較少。因此檢測到故障后，如何繼續(xù)辨識故障的類型是工業(yè)過程故障診斷中一種更具有挑戰(zhàn)性的研究問題。

貢獻圖法是一種比較成熟和廣泛使用的故障變量辨識方法，該方法簡單易行且不需要與故障有關的先驗知識。但是，由于過程變量間的相關性和相互耦合，貢獻圖法容易產生“smearing”效應，導致故障的影響會從真實的故障變量傳播到正常過程變量，無法正確識別故障發(fā)生的根源。當工業(yè)過程數(shù)據(jù)庫中存在一些已知的故障模式數(shù)據(jù)時，利用從故障模式數(shù)據(jù)中提取的故障方向，基于PCA故障重構的方法能夠更加準確和高效的識別故障類型。Dunia等首先提出基于PCA故障重構的方法。近年來，基于PCA的故障重構法作為一種有效的故障識別技術，引起了國內外研究人員的廣泛關注。該方法基于故障方向消除故障的影響以計算重構后的正常數(shù)據(jù)樣本，當真實的故障方向被應用于消除故障影響時，重構后的數(shù)據(jù)樣本會回到正常狀態(tài)。雖然基于PCA故障重構的方法取得了一定的應用成果，但是其缺點在于：

(1)在故障重構時均假定過程數(shù)據(jù)服從高斯分布，然而如果過程數(shù)據(jù)實際上不服從高斯分布則會惡化故障類型的識別效果；

(2)直接在原始過程數(shù)據(jù)上進行故障重構，無法充分利用過程數(shù)據(jù)的高階統(tǒng)計信息。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術中存在的不足，本公開的一個或多個實施例提供了一種多變量工業(yè)過程故障辨識方法及系統(tǒng),基于統(tǒng)計量模式分析(SPA)的故障重構技術，首先提取待辨識故障數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中故障模式數(shù)據(jù)的統(tǒng)計量模式以充分挖掘數(shù)據(jù)的高階統(tǒng)計信息，然后在統(tǒng)計量模式空間中基于各故障模式的方向對待辨識故障數(shù)據(jù)進行重構，解決過程數(shù)據(jù)不服從高斯分布的問題，并有效辨識其故障類型。

根據(jù)本公開的一個或多個實施例的一個方面，提供一種多變量工業(yè)過程故障辨識方法。

一種多變量工業(yè)過程故障辨識方法，該方法包括：

接收正常操作工況數(shù)據(jù)集和故障模式數(shù)據(jù)集，根據(jù)正常操作工況數(shù)據(jù)集將故障模式數(shù)據(jù)集進行標準化處理，得到歸一化的故障模式數(shù)據(jù)集；

采用移動窗口技術獲得各故障模式數(shù)據(jù)集的統(tǒng)計量模式矩陣；