[發明專利]互聯工業過程的分布式故障診斷方法

有效

• 申請號: 202110499809.3
• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號: CN113189968B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 蔣宇辰;羅浩;王豪;吳詩夢;楊宏燕;尹珅;李獻領
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 岳昕

互聯工業過程的分布式故障診斷方法，它屬于工業過程的在線故障診斷領域。本發明解決了現有方法無法確定發生故障的子過程，以及當物理拓撲結構的局部發生改變時，整個物理拓撲結構需要全部重新設計導致的魯棒性差的問題。應用本發明方法可以同時進行故障檢測和故障定位，能夠方便地判斷出是哪個子過程發生了故障；且當互聯過程的物理拓撲結構發生改變時，本發明只需對發生改變的子過程及其相鄰的子過程的殘差產生器重新進行設計，其余子過程所對應的殘差產生器保持不變，無需重新設計；在線診斷時充分利用了實時采集的過程數據中的信息，具有更好的魯棒性。本發明可以應用于工業過程的在線故障診斷。

技術領域

本發明屬于工業過程的在線故障診斷領域，具體涉及一種互聯工業過程的分布式故障診斷方法。

背景技術

隨著工業生產和制造過程的規模越來越大，一個完整的工業過程通常可以劃分為多個互聯的子過程，涉及眾多的物料和設備。這些子過程之間運行狀態互相耦合，形成復雜的回路和閉環反饋，這類耦合被稱作物理耦合。為了實現閉環穩定運行，不僅需要考慮某個單一子過程自身(或稱本地)狀態變量的變化，還要考慮與之有物理耦合的所有子過程(即相鄰的子過程)的狀態的影響。為此，需要根據物理耦合的拓撲結構在子過程之間通過網絡化通訊的方式引入必要的實時信息交換。這些信息會通過控制器作用到過程本身的運行狀態上，這類耦合被稱作信息耦合。互聯系統特指同時具有物理耦合和信息耦合的所有子過程的集合。

與孤立系統相比，大規模互聯的工業過程中故障發生的頻率更大、故障發生的類型和位置難以確定。如果為了查找和排除某處故障而導致全線停工檢修，所造成的經濟損失將是巨大的。另一方面，某些互聯系統是分布式實現的，沒有中心節點，每個子過程數據的處理都依靠本地的計算資源。提出有效、靈敏的自動化故障檢測方案是保證互聯工業過程安全的重點方向之一。

根據技術核心思想分類，現有主流的方法包括存粹基于數據驅動(如平均一致性濾波器)的方案和純粹基于模型(如分布式卡爾曼濾波器)的方案。然而，前者只能從全局的角度判斷是否有故障發生、無法確定發生故障的子過程，后者的缺陷是無法利用在線測量數據中的信息，并且當物理拓撲結構改變時需要全部重新設計，魯棒性較差。

因此，需要提供一種新的將模型與數據相結合的分布式故障診斷方案，來檢測和定位互聯工業過程中的故障。

發明內容

本發明的目的是為解決現有方法無法確定發生故障的子過程，以及當物理拓撲結構的局部發生改變時，整個物理拓撲結構需要全部重新設計導致的魯棒性差的問題，而提出了一種互聯工業過程的分布式故障診斷方法。

本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案是：一種互聯工業過程的分布式故障診斷方法，所述方法具體包括以下步驟：

步驟一、分別建立互聯工業過程的各個互聯子過程的模型，再根據每個子過程的模型得到對應子過程的系統矩陣、輸入矩陣、輸出矩陣、直接作用矩陣以及狀態耦合矩陣，將第i個子過程的系統矩陣、輸入矩陣、輸出矩陣和直接作用矩陣分別表示為A_i,B_i,C_i和D_i，i＝1,…,M，M為互聯工業過程的子過程的個數，將第i個子過程與第j個子過程的狀態耦合矩陣表示為A_ij，N_i表示與子過程i相鄰的子過程的集合；

并根據每個子過程的系統矩陣、輸入矩陣、輸出矩陣和直接作用矩陣，構造對應子過程的輔助系統；

步驟二、根據構造的子過程的輔助系統，分別求解每個子過程的輔助系統的等價向量；

步驟三、根據每個子過程的輔助系統的等價向量，求解對應子過程的觀測器參數；

步驟四、采集互聯工業過程的每個子過程在各時刻的控制指令數據和輸出數據，并根據步驟三得到的觀測器參數和步驟一得到的狀態耦合矩陣，計算每個子過程在各時刻的殘差值；