控制回路故障診斷的方法研究.pdf

1、控制回路故障診斷旨在提高工業(yè)生產(chǎn)裝置操作的安全性與可靠性，一直受到學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的廣泛關(guān)注。工業(yè)過程控制回路涉及多種復(fù)雜問題，其故障可能存在多種形式。論文研究控制回路中模型預(yù)測控制(MPC)的模型失配故障、回路振蕩故障，以及基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的貝葉斯故障診斷。針對工業(yè)現(xiàn)場的實(shí)際問題，提出了外加測試信號(hào)的模型誤差診斷，基于頻域分析的回路振蕩監(jiān)測，和基于期望極大化(EM)算法的貝葉斯故障診斷方法。本文具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)針對MPC

2、模型失配問題，提出了基于外加低幅正弦測試信號(hào)的模型診斷方法。通過獲取過程三個(gè)頻率點(diǎn)上的精確頻率響應(yīng)并與當(dāng)前MPC模型比較，加權(quán)形成模型誤差矩陣;給出模型診斷誤差上界概念，估計(jì)相應(yīng)頻率響應(yīng)的誤差上界，評(píng)價(jià)診斷結(jié)果的可靠性。在單回路和多回路控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)中效果良好，將算法開發(fā)形成可調(diào)用程序，準(zhǔn)備應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)。
　　(2)針對控制回路中常見的回路振蕩故障，提出了基于頻域分析的回路振蕩信號(hào)監(jiān)測方法。該方法應(yīng)用了離散傅里葉變換和瑞利

3、分布的相關(guān)性質(zhì)，計(jì)算不同靈敏度條件下的振蕩監(jiān)測閾值。通過仿真數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)驗(yàn)證了所提方法能在高噪信比環(huán)境下監(jiān)測多種頻率振蕩。
　　(3)針對控制回路中監(jiān)測器數(shù)據(jù)缺失情況，提出了基于EM算法的貝葉斯故障檢測與分離方法。在EM算法的迭代優(yōu)化步驟中給出了解析表達(dá)式使得計(jì)算簡化。仿真驗(yàn)證環(huán)節(jié)中引入單容水箱例子和分餾塔控制例子用于方法驗(yàn)證。最后將基于EM算法的故障診斷方法與模型診斷算法相結(jié)合實(shí)施于實(shí)際實(shí)驗(yàn)室裝置，進(jìn)一步驗(yàn)證了所提方法的實(shí)用性