[發明專利]一種基于SFA與Hellinger距離的閉環控制回路性能評價方法

有效

• 申請號: 202010693002.9
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111949003B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 范海東;胡中慶;王豆;俞榮棟;郭鼎;吳林峰;孟瑜煒;趙春暉;李明超
• 申請（專利權）人: 浙江浙能技術研究院有限公司;浙江大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

本發明涉及一種基于SFA與Hellinger距離的閉環控制回路性能評價方法，包括：步驟1、獲取基準數據；步驟2、利用慢特征分析算法提取基準數據的動態信息和靜態信息。本發明的有益效果是：運用慢特征分析(SFA)算法提取基準數據與待評價數據的操作變量與被控變量的動靜態信息，再估計出動靜態信息的高斯混合模型(GMM)，最后基于高斯混合模型計算在線數據與基準數據的Hellinger距離作為閉環控制回路性能的評價指標；解決了實際過程中控制邏輯高度耦合，數據非高斯分布導致的控制性能評價難以準確進行的問題，提高了動態過程控制性能評價的準確度，有助于對控制回路進行有效及時的排查檢修，從而保證回路所在設備以及整個工業流程的安全可靠運行。

技術領域

本發明涉及模擬量控制系統性能評價領域，尤其包括一種多變量耦合控制系統與非高斯過程的在線性能評價方法。

背景技術

控制系統在現代化的工業過程中占據非常重要的地位，生產質量、操作安全、物能消耗等影響經濟效益的指標都直接或間接的與控制系統的性能有關。在實際生產過程中，控制系統在投入使用初期往往性能表現良好，但運行一段時間后，由于設備的磨損、定期保養和維護不及時等原因，可能導致控制系統的性能下降，控制性能變差會直接影響生產質量，導致經濟效益虧損，若因此引發生產故障，還會涉及到人的生命安全甚至社會企業的財產安全，帶來極大威脅。Torrres等人對2004～2005年巴西12家工廠(石化、造紙、水泥、鋼鐵、采礦等)，超過700個控制回路進行檢驗，結果顯示14％回路的閥門磨損過度，15％的閥門存在遲滯問題，16％的回路存在嚴重的整定問題，24％的控制器輸出存在飽和現象，41％的回路因為整定問題、耦合、擾動以及執行器的問題而存在振蕩現象。

另外，實際生產中，一個生產過程可能會有數以千計的控制回路共同作用，Eastman化學公司中的兩個精餾生產設備擁有多達14000個控制回路，在HVAC生產過程中，其控制回路的數量甚至能夠達到十萬個。大型火力發電機組具有較高的復雜性，具體體現在規模龐大、設備眾多、參數多樣化且相互影響等方面。此外，大規模的火力發電機組，現場具有高溫、高壓及高噪聲等特點，不適合人工去現場考經驗判斷控制系統性能的優劣與變化。

控制性能評價技術是過程控制領域新興的一項重要技術，它能夠利用控制回路的日常運行數據，實時評價控制系統的性能水平，對控制系統的問題做出早期識別。對于實際工業過程，回路的控制邏輯或多或少地存在耦合關系，且由于擾動、負荷變化、回路非線性等因素，回路可能工作在不同的設定值下，被控變量很難滿足服從高斯分布的假設。現有的控制性能評價方法如最小方差、基于協方差的性能評價算法，都是基于工況穩定且數據為高斯分布的理想假設下進行的，因此，將其運用在實際工業過程的控制回路上，并不能得到很好的應用效果。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種基于SFA與Hellinger距離的閉環控制回路性能評價方法。

這種基于SFA與Hellinger距離的閉環控制回路性能評價方法，包括以下步驟：

步驟1、獲取基準數據：設某閉環控制回路具有r個操作變量與被控變量(controlled variable)；每一次采樣可以得到一個r×1的向量y_k，下標k為采樣時刻；采樣N次后得到的數據表述為一個二維矩陣表示r×N的實數矩陣；選取閉環控制回路運行狀態優良時的采樣數據作為基準數據，回路剛整定不久后的采樣數據是較為理想的選擇；

步驟2、利用慢特征分析算法(Slow Feature Analysis，SFA)提取基準數據的動態信息和靜態信息；

步驟3、劃分慢特征信號s，將慢特征信號s由小到大排列，將最小的慢特征信號s對應的最慢特征劃分為s中的慢特征，用s_d表示；將后r-1個特征劃分為s中變化較快的特征，用s_e表示：