專利名稱：一種復(fù)雜化工過程中振蕩信號(hào)的快速定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油、化工等流程工業(yè)控制系統(tǒng)故障診斷領(lǐng)域，特別地，涉及一種復(fù)雜化工過程中振蕩信號(hào)的快速定位方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代制造業(yè)設(shè)備具有規(guī)模大、復(fù)雜度高、變量多，并在閉環(huán)控制下運(yùn)行的特點(diǎn)。尤其對(duì)于復(fù)雜的化工過程，往往具有成千上萬個(gè)回路，而且，這些回路互相影響，非線性強(qiáng)。對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行早期的和準(zhǔn)確的故障檢測與診斷可以減少停產(chǎn)時(shí)間，增加設(shè)備運(yùn)行的安全性，并減少制造成本。然而，只是傳統(tǒng)的性能監(jiān)控和故障檢測并不能有效改善設(shè)備性能，缺乏故障定位的檢測仍然無法提供恢復(fù)和提高性能所應(yīng)該采取的措施。關(guān)于大規(guī)模設(shè)備和過程的故障路徑分析和故障定位的主要技術(shù)來自于兩種思路: 一種是分析廠級(jí)大規(guī)模回路的振蕩檢測和振蕩源定位；另一種是基于概率統(tǒng)計(jì)的方法，通過信號(hào)分析得到故障信號(hào)的傳播路徑。基于振蕩信號(hào)分析主要利用到相關(guān)性分析技術(shù)和譜分析技術(shù)，這一技術(shù)的一個(gè)前提是信號(hào)出現(xiàn)明顯的振蕩。而在實(shí)際應(yīng)用中，大規(guī)模的廠級(jí)振蕩是不允許發(fā)生的，從而使得這一方法的使用效果受到限制，不能在故障較為輕微的早期階段得到故障源信息。另一種基于轉(zhuǎn)移熵極其相似技術(shù)獲取大規(guī)模系統(tǒng)中的信號(hào)傳遞路徑，例如 Bauer 等人在文獻(xiàn)(Bauer，M.，J. W. Cox，et al. (2007). “ Finding the direction of disturbance propagation in a chemical process using transfer entropy. " IEEE Transactions on Control Systems Technology 15(1) :12-21.)中利用轉(zhuǎn)移熵獲取因果關(guān)系圖，從而判斷回路間的因果關(guān)系。這一方法的局限在于它需要復(fù)雜的概率密度函數(shù)估計(jì)，這會(huì)導(dǎo)致計(jì)算復(fù)雜度大幅上升并且計(jì)算準(zhǔn)確度取決于較多參數(shù)的選取，這對(duì)于動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜多樣且未知的系統(tǒng)來說，實(shí)際應(yīng)用有比較大的困難。另外一種利用互相關(guān)分析計(jì)算時(shí)間序列延遲的方法較為簡易實(shí)用，但是它對(duì)于非線性強(qiáng)的系統(tǒng)性能不佳，而且只利用操作數(shù)據(jù)，在沒有外部激勵(lì)的情況下，信號(hào)傳遞的準(zhǔn)確時(shí)延仍然是一個(gè)沒有得到很好解決的技術(shù)難題。針對(duì)實(shí)際情況，一種能夠?qū)嵱糜诜蔷€性、強(qiáng)耦合系統(tǒng)，無需復(fù)雜的計(jì)算和過程機(jī)理知識(shí)，能夠在故障發(fā)生初期診斷出故障源的方法有助于提高系統(tǒng)性能維護(hù)效率，實(shí)現(xiàn)局部調(diào)整和故障預(yù)防，對(duì)于延長預(yù)測控制系統(tǒng)壽命，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要的實(shí)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供復(fù)雜化工過程中振蕩信號(hào)的快速定位方法。復(fù)雜化工過程中振蕩信號(hào)的快速定位方法，其特征在于它的步驟如下1)記所要分析的變量數(shù)據(jù)用矩陣方式表示為X = [X1，其中Xi為由變量測量數(shù)值構(gòu)成的行向量，選取階次n，3<n<7，則η個(gè)不同數(shù)值按大小有η ！個(gè)不同排列， 記為％，k= 1，2，...，η ！，將變量Xi相鄰η個(gè)數(shù)值作為一組，并根據(jù)他們的排列變換為符號(hào)序列，得到符號(hào)化后的矩陣，記為Π= [JI1 JI2…πκ]； 2)對(duì)于任意兩個(gè)符號(hào)變量^、^.，將、前移d個(gè)采樣單位，移動(dòng)后的符號(hào)變量記為、((1)，其中(1從1逐漸遞增，計(jì)算JIi到JIj的有向符號(hào)互信息，記為Ibj(Cl),計(jì)算方法如下
權(quán)利要求
1. 一種復(fù)雜化工過程中振蕩信號(hào)的快速定位方法，其特征在于它的步驟如下1)記所要分析的變量數(shù)據(jù)用矩陣方式表示為X= [X1 ^…^]，其中Xi為由變量測量數(shù)值構(gòu)成的行向量，選取階次n，3<n<7，則η個(gè)不同數(shù)值按大小有η ！個(gè)不同排列，記為 sk, k= 1,2,..., η ！，將變量Xi相鄰η個(gè)數(shù)值作為一組，并根據(jù)他們的排列變換為符號(hào)序列，得到符號(hào)化后的矩陣，記為Π= [Ji1 Ji2- Jij ；2)對(duì)于任意兩個(gè)符號(hào)變量η” ^.，將、前移d個(gè)采樣單位，移動(dòng)后的符號(hào)變量記為 、((!)，其中d從1逐漸遞增，計(jì)算、到、的有向符號(hào)互信息，記為Ibj(Cl),計(jì)算方法如下其中p( ·)代表符號(hào)出現(xiàn)的概率和聯(lián)合概率，求和符號(hào)對(duì)所有可能出現(xiàn)的符號(hào)概率求和；3)依次增大d，獲取Ibj(Cl)的局部最大值，記為1卜」(知_)；4)調(diào)換變量順序，重復(fù)步驟幻、步驟幻，獲得I”Jd)的局部最大值，記為Ipi(C^i)；5)將任意不同變量按步驟幻，步驟幻，步驟4)操作，構(gòu)造KXK維因果矩陣M，將 Ii — j ((Iij) -Ij — i (Clji)的值賦給矩陣M的第i行，第j列；6)將數(shù)據(jù)矩陣X中各個(gè)變量的測量值重新隨機(jī)排列，得到數(shù)據(jù)矩陣X，按步驟1)符號(hào)化后得到矩陣Π，重復(fù)步驟2)至步驟5)，得到因果矩陣M ；7)重復(fù)步驟6)Ν次，N>50，每次得到的因果矩陣記為1 ρ計(jì)算所有相同位置的數(shù)值的均值和均方根分別記為μ…σ ,j ；8)構(gòu)造KXK維關(guān)系矩陣R，M矩陣的第i行，第j列記為Hiij，若Hiij-μ ^ 3 σ⑴則矩陣R的第i行，第j列為1，否則為0，則元素全為0的行所對(duì)應(yīng)變量為故障源懷疑變量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)雜化工過程中振蕩信號(hào)的快速定位方法。針對(duì)當(dāng)前復(fù)雜化工過程的大規(guī)模，強(qiáng)非線性，強(qiáng)耦合等特點(diǎn)，搜索振蕩信號(hào)傳播路徑，精確定位故障源。本發(fā)明包括將原始信號(hào)符號(hào)化，獲取信號(hào)的符號(hào)化動(dòng)態(tài)信息，計(jì)算各路信號(hào)的有向符號(hào)化互信息并得到信號(hào)傳遞方向與耦合強(qiáng)度，最后從因果矩陣定位故障源所在的變量。本發(fā)明直接采用化工過程可測變量，對(duì)工況無附加擾動(dòng)；精確定位大規(guī)模化工過程的故障發(fā)生位置；易于計(jì)算，便于實(shí)施。本發(fā)明易于在當(dāng)前廣泛使用的DCS或工業(yè)控制系統(tǒng)上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)，降低大規(guī)模復(fù)雜過程的維護(hù)成本，減少控制性能改進(jìn)與提升的風(fēng)險(xiǎn)，提高效益。
文檔編號(hào)G05B19/418GK102541017SQ201210008810
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者蘇宏業(yè), 謝磊, 陳貴 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)