基于主元分析傳感器故障檢測、辨識與重構的研究.pdf

1、隨著科學技術和自動化水平的不斷提高,現(xiàn)代工業(yè)過程的自動化控制朝著大型化、復雜化的方向發(fā)展,這類系統(tǒng)和設備一旦發(fā)生故障,不僅造成巨大的經濟損失,甚至造成人員傷亡和環(huán)境污染.故障診斷就是對控制系統(tǒng)進行故障檢測與診斷,并對故障的原因、故障頻率、故障的危害程度及趨勢預測等的內容進行分析判斷,為確診故障點、及早采取維修、防護等補救措施提供科學的決策依據(jù).故障檢測和診斷技術(FDD)是近年來國際控制理論研究和實際應用的熱點問題之一.這項技術已取得了

2、許多應用成果,并被廣泛應用于各種生產過程.主元分析是多元統(tǒng)計分析方法中常用的一類方法,主要是基于原始數(shù)據(jù)空間,通過構造一組新的潛隱變量以降低原始數(shù)據(jù)空間的維數(shù),再從新的映射空間抽取主要變化信息,提取統(tǒng)計特征,從而構成對原始數(shù)據(jù)空間特性的理解.該文針對過程系統(tǒng)控制中存在的大量測量傳感器,深入研究了基于主元分析(PCA)方法的傳感器故障的檢測、辨識和重構問題.進行主元分析時,需要建立一個反映正常工況的主元模型.Hotelling T2和預測

3、誤差平方和(SPE—Squared Prediction Error)是主元分析中用于過程監(jiān)視的兩個典型的統(tǒng)計量.在主元模型下,應用T2和SPE對傳感器測量數(shù)據(jù)進行檢測,共有四種可能的檢測結果.根據(jù)四種檢測結果的特點,該文將傳感器故障劃分為兩種類型:SPE型傳感器故障和T2型傳感器故障.針對不同故障類型,分別進行故障的檢測、辨識和重構問題的研究.對于SPE型傳感器故障的研究,當采樣數(shù)據(jù)的檢測統(tǒng)計量預測誤差平方和(SPE)超限,則被檢測為

4、故障數(shù)據(jù),并根據(jù)這一檢測特點,定義傳感器有效度指標進行SPE型傳感器故障的辨識.根據(jù)故障重構后SPE將減小到最小的特點,從而完成了故障傳感器的準確重構.并在故障重構的基礎上,根據(jù)未重構誤差方差向主元子空間(PCS)投影得到的值單調遞增,而向殘差子空間(RS)投影得到的值單調遞減的特點,研究了求取最優(yōu)主元數(shù)的方法.對于T2型傳感器故障的研究,該文創(chuàng)新性地將故障臨界值與傳感器變量的相關系數(shù)結合,完成了當采樣數(shù)據(jù)的檢測統(tǒng)計量T2超限而SPE未