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专利号: 2020101220790
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于统计量马氏距离的微小传感器故障检测和分离方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤1:采集工业过程正常工况下的一段传感器测量数据,并将其作为训练数据集;

步骤2:给定滑动时间窗口宽度,依次计算各个窗口内测量变量的样本统计量,从而得到由测量变量的样本统计量构成的数据矩阵;

步骤3:计算步骤2所构造的数据矩阵的样本统计量均值和样本统计量协方差矩阵,并给出马氏距离指标的控制限;

步骤4:采集工业过程实时工况下的传感器测量数据,并将其作为测试数据,测试数据中的测量变量与步骤1中训练数据集的测量变量相对应;

步骤5:利用窗口内的测试数据计算测试数据统计量,并利用步骤3中的样本统计量均值和样本统计量协方差参数计算马氏距离指标,然后与步骤3中的控制限对比判断是否有故障发生;

步骤6:若步骤5中故障分析的结果为有故障发生,则利用故障重构方法求取每个传感器的统计量重构贡献值,并将具有最大统计量重构贡献值的传感器变量确定为故障传感器,以实现故障分离。

2.根据权利要求1所述的基于统计量马氏距离的微小传感器故障检测和分离方法,其特征在于:在步骤2中,当前时刻窗口内测量变量的样本统计量s(k)具有如下所示的向量形式:式中,μ1,μ2,...,μm代表测量变量x1,x2,...,xm的样本均值, 代表测量变量x1,x2,...,xm的样本方差,m为传感器个数,k代表以当前时刻为基点,利用宽度为w的窗口数据计算得到统计量向量;针对训练数据集,通过不断地移动滑动时间窗口,每个窗口均得到一个向量,将所有窗口得到的向量按行排列构造成一个统计量矩阵S。

3.根据权利要求2所述的基于统计量马氏距离的微小传感器故障检测和分离方法,其特征在于:在步骤3中,假设步骤2所构造的统计量矩阵S具有Ns行、ms列,其均值记为具有ms个元素,每个元素由统计量矩阵S相应的列求均值得到;其协方差矩阵记为Cs,由均值归零后的统计量矩阵计算得到;马氏距离指标的控制限由卡方分布给出,记为其含义为具有ms个自由度的卡方分布上α分位限,α为显著性水平。

4.根据权利要求3所述的基于统计量马氏距离的微小传感器故障检测和分离方法,其特征在于:在步骤5中,记测试阶段当前时刻测试数据的统计量向量为s0(k′),其窗口宽度为w,将s0(k′)减去步骤3中的均值 记归零化之后的向量为s(k′);按式(1)计算马氏距离指标:其中,Cs即为步骤3中的统计量协方差矩阵,将马氏距离指标与步骤3中的控制限对比,即当 则认为工业过程发生了传感器故障。

5.根据权利要求4所述的基于统计量马氏距离的微小传感器故障检测和分离方法,其特征在于:在步骤6中,当步骤5检测到故障后,按照式(2)计算第i个传感器的统计量重构贡献值GCi:其中,Ξi代表第i个传感器发生故障时在统计量空间中对应的故障方向;

根据式(3)确定发生故障的传感器序号j:

即将具有最大统计量重构贡献值的传感器指定为故障传感器。