數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的多變量控制系統(tǒng)性能監(jiān)測(cè)與診斷.pdf

1、工業(yè)過(guò)程系統(tǒng)日趨復(fù)雜化與精細(xì)化，從而使得控制系統(tǒng)日益復(fù)雜，控制性能要求更為嚴(yán)格。構(gòu)建復(fù)雜系統(tǒng)往往需要高昂成本，需要長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定服役才能保證投入的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。另外復(fù)雜性會(huì)導(dǎo)致故障產(chǎn)生的可能性增加，一旦出現(xiàn)異常，可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的事故和經(jīng)濟(jì)損失。異常事件管理，包括性能監(jiān)控和故障的診斷成為現(xiàn)代控制系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。
　　 針對(duì)多變量系統(tǒng)，多變量統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(MSPC)已經(jīng)有一些工具和算法，但是對(duì)于耦合性以及有嚴(yán)重非線性的系統(tǒng)，故障診

2、斷和傳播分析仍然是一個(gè)開(kāi)放性領(lǐng)域。本文就復(fù)雜工業(yè)過(guò)程的控制性能監(jiān)控與診斷領(lǐng)域中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題做了研究，主要內(nèi)容如下:
　　 1，經(jīng)典的PCA算法無(wú)法靈敏的檢測(cè)出系統(tǒng)的細(xì)微故障，導(dǎo)致它不能對(duì)故障進(jìn)行早期預(yù)警。為此，本文結(jié)合統(tǒng)計(jì)局部方法改進(jìn)了基于PCA的性能監(jiān)控方法。針對(duì)PCA分解后的殘差空間，提出了一個(gè)新的監(jiān)控統(tǒng)計(jì)量使得它能更好的適用于數(shù)據(jù)協(xié)方差陣奇異的情況，提高了該方法在數(shù)值計(jì)算中的魯棒性。本文經(jīng)過(guò)詳盡的分析從理論上證明了改進(jìn)的

3、PCA算法相對(duì)于普通PCA算法對(duì)于性能監(jiān)控具有更好的敏感性。同時(shí)，針對(duì)基于歷史數(shù)據(jù)基準(zhǔn)的性能評(píng)估，提出了一種直接分析改進(jìn)殘差均值的性能評(píng)估方法，可以在檢測(cè)到系統(tǒng)性能發(fā)生變化后進(jìn)一步分析各個(gè)特征方向上的性能變化趨勢(shì)。
　　 2，提出一種新的因果測(cè)度方法并用于大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)故障信號(hào)的傳播路徑分析。擾動(dòng)或者振蕩信號(hào)會(huì)由于廠級(jí)回路的耦合進(jìn)行傳播擴(kuò)散，進(jìn)而影響到整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。本文結(jié)合因果分析的概念和時(shí)間序列的排序處理方法，提出用于檢測(cè)時(shí)間

4、序列耦合強(qiáng)度和方向的符號(hào)化有向互信息。將時(shí)間序列經(jīng)過(guò)大小排列進(jìn)行編碼，得到符號(hào)化序列。計(jì)算該對(duì)序列引入時(shí)間錯(cuò)位的互信息，稱為有向符號(hào)化互信息，作為測(cè)度兩個(gè)序列耦合強(qiáng)度和方向的因果指數(shù)為有向符號(hào)化互信息之差。通過(guò)因果指數(shù)可以計(jì)算變量?jī)蓛神詈系膹?qiáng)度和方向，進(jìn)而可以分析多變量的信息傳播途徑。
　　 3，提出了針對(duì)線性多變量模型預(yù)測(cè)控制(MPC)系統(tǒng)的模型失配檢測(cè)與定位的方法。模型失配是引起MPC性能下降的主要因素之一。針對(duì)現(xiàn)有MPC系

5、統(tǒng)的雙層結(jié)構(gòu)，首先對(duì)多變量預(yù)測(cè)控制層采用子空間辨識(shí)方法檢測(cè)出整體的模型失配。針對(duì)基礎(chǔ)控制層，提出兩種可選的模型失配檢測(cè)方案。一種是在設(shè)定點(diǎn)施加外部激勵(lì)信號(hào)，通過(guò)計(jì)算激勵(lì)信號(hào)與模型預(yù)測(cè)殘差的相關(guān)系數(shù)得到適合于統(tǒng)計(jì)局部方法的殘差信號(hào)。另一種非侵入式的模型失配檢測(cè)無(wú)需外部激勵(lì)信號(hào)，根據(jù)ARMA模型中AR部分參數(shù)的輔助辨識(shí)方法構(gòu)建殘差，使之適用于統(tǒng)計(jì)局部方法，進(jìn)而檢測(cè)模型失配。以上兩種方法均可區(qū)分過(guò)程模型和擾動(dòng)模型的改變4，針對(duì)非線性多變量系統(tǒng)