[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于遷移學(xué)習(xí)的控制閥粘滯檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010927829.1
• 申請(qǐng)日: 2020-09-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112115640B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙春暉;劉夢(mèng)杰;張震偉;王豆;胡中慶;孟瑜煒
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué);浙江浙能技術(shù)研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/27
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/27;G06K9/62;G06N3/02;G06N3/08;G05B23/02
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于遷移學(xué)習(xí)的控制閥粘滯檢測(cè)方法，包含以下步驟：利用仿真軟件分別生成控制回路在控制閥處于粘滯或非粘滯狀態(tài)運(yùn)行時(shí)的控制器輸出以及過(guò)程變量數(shù)據(jù)；使用仿真數(shù)據(jù)訓(xùn)練控制閥粘滯檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)；結(jié)合待檢測(cè)回路在控制閥處于非粘滯狀態(tài)下的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)控制閥粘滯檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行微調(diào)；使用微調(diào)后的部分粘滯檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合單分類(lèi)最近鄰算法對(duì)待檢測(cè)的回路數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)；若待檢測(cè)數(shù)據(jù)與歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)為同一類(lèi)，說(shuō)明回路的控制閥不存在粘滯問(wèn)題，反之，則回路的控制閥存在粘滯問(wèn)題。該方法考慮了回路間動(dòng)態(tài)特性的不同，充分利用了待檢測(cè)控制回路的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)以及仿真數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確地檢測(cè)出回路中控制閥的粘滯問(wèn)題，為控制閥維護(hù)提供參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于控制回路性能監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及控制閥粘滯特性的在線檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

隨著自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的基于工程師的控制策略，一個(gè)現(xiàn)代化工廠往往有著成百上千條自動(dòng)控制回路。自動(dòng)控制回路不需要工程師實(shí)時(shí)對(duì)控制回路進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠節(jié)約人工成本，并且降低人為誤操作對(duì)回路性能帶來(lái)的影響。但是許多自動(dòng)控制回路在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)因?yàn)樵O(shè)備老化等問(wèn)題引起的控制性能下降現(xiàn)象，又由于人工操作需求的減少，工程師不會(huì)關(guān)心回路的控制性能并及時(shí)對(duì)控制性能差的回路進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致許多自動(dòng)控制回路運(yùn)行在控制性能不佳的狀態(tài)。Honeywell公司曾調(diào)查過(guò)流程工業(yè)中的26000個(gè)PID控制回路，結(jié)果顯示大于五分之三的控制回路存在較嚴(yán)重的性能不良問(wèn)題。因此需要自動(dòng)的對(duì)控制回路的控制性能進(jìn)行監(jiān)視，并且及時(shí)找到控制回路性能下降的原因，方便工程師對(duì)于設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，保證每一條控制回路都能夠高效地運(yùn)行，提高工廠的生產(chǎn)質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)效益。

控制閥在控制回路中起到終端執(zhí)行的作用，將數(shù)字信號(hào)的變化體現(xiàn)在真實(shí)回路中，控制閥的正常運(yùn)行是回路控制性能良好的必要條件。控制閥在正常運(yùn)行時(shí)，控制閥的實(shí)際開(kāi)度與控制信號(hào)應(yīng)該是一種線性關(guān)系，但是在實(shí)際運(yùn)行中由于維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)，控制閥內(nèi)部元件老化，控制閥經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)粘滯問(wèn)題，無(wú)法準(zhǔn)確的響應(yīng)控制信號(hào)的變化。粘滯是控制閥多種非線性問(wèn)題的一種，表現(xiàn)為當(dāng)控制信號(hào)變化小于控制閥粘滯特性大小時(shí)，控制閥會(huì)卡住不動(dòng)，當(dāng)控制信號(hào)變化幅度超出控制閥粘滯特性大小時(shí)，控制閥會(huì)在突然跳變后正常滑動(dòng)。控制閥粘滯往往會(huì)引起回路振蕩，導(dǎo)致回路控制性能的下降。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行控制閥粘滯檢測(cè)并依此進(jìn)行控制閥維護(hù)對(duì)提高回路的控制性能至關(guān)重要。

現(xiàn)有的控制閥粘滯檢測(cè)算法主要有：基于檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的方法，基于OP-PV圖橢圓擬合的方法等，但在實(shí)際應(yīng)用中的檢測(cè)效果并不理想。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)控制閥粘滯檢測(cè)算法的不足，提供了一種基于遷移學(xué)習(xí)的控制閥粘滯檢測(cè)方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于遷移學(xué)習(xí)的控制閥粘滯檢測(cè)方法，包含以下步驟:

(1)構(gòu)建仿真模型及仿真數(shù)據(jù)集：仿真模型為一個(gè)單輸入單輸出閉環(huán)控制回路，其中閉環(huán)控制回路的PID控制器與被控對(duì)象之間具有一個(gè)控制閥粘滯模塊；使用仿真模型分別對(duì)回路控制閥處于粘滯或非粘滯狀態(tài)進(jìn)行仿真，獲得每次仿真回路運(yùn)行T秒期間每秒的控制器輸出(OP)以及過(guò)程變量(PV)數(shù)據(jù)及標(biāo)簽，經(jīng)分段，合并及歸一化處理后組成仿真數(shù)據(jù)集。

(2)控制閥粘滯檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及訓(xùn)練：殘差網(wǎng)絡(luò)包含3個(gè)殘差塊，最后一個(gè)殘差塊后依次連接有全局池化層和包含兩個(gè)神經(jīng)元的全連接層。將仿真數(shù)據(jù)集作為訓(xùn)練集，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)的損失函數(shù)為交叉熵?fù)p失函數(shù)，使用Adam優(yōu)化算法對(duì)殘差網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。

(3)遷移數(shù)據(jù)收集：收集工廠中需要進(jìn)行控制閥粘滯檢測(cè)的回路在控制閥處于非粘滯狀態(tài)運(yùn)行時(shí)的OP以及PV數(shù)據(jù)，經(jīng)分段，合并及歸一化處理后，得到k個(gè)樣本。

(4)網(wǎng)絡(luò)遷移：將步驟(2)訓(xùn)練后得到的殘差網(wǎng)絡(luò)中部分網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)固定，同時(shí)使用仿真數(shù)據(jù)與收集的待檢測(cè)回路數(shù)據(jù)對(duì)殘差網(wǎng)絡(luò)中未固定的參數(shù)進(jìn)行微調(diào)。包括以下步驟：