專利名稱：一種復雜化工過程中振蕩信號的快速定位方法
技術領域：
本發明涉及石油、化工等流程工業控制系統故障診斷領域，特別地，涉及一種復雜化工過程中振蕩信號的快速定位方法。
背景技術：
現代制造業設備具有規模大、復雜度高、變量多，并在閉環控制下運行的特點。尤其對于復雜的化工過程，往往具有成千上萬個回路，而且，這些回路互相影響，非線性強。對這些設備進行早期的和準確的故障檢測與診斷可以減少停產時間，增加設備運行的安全性，并減少制造成本。然而，只是傳統的性能監控和故障檢測并不能有效改善設備性能，缺乏故障定位的檢測仍然無法提供恢復和提高性能所應該采取的措施。關于大規模設備和過程的故障路徑分析和故障定位的主要技術來自于兩種思路: 一種是分析廠級大規模回路的振蕩檢測和振蕩源定位；另一種是基于概率統計的方法，通過信號分析得到故障信號的傳播路徑。基于振蕩信號分析主要利用到相關性分析技術和譜分析技術，這一技術的一個前提是信號出現明顯的振蕩。而在實際應用中，大規模的廠級振蕩是不允許發生的，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。另一種基于轉移熵極其相似技術獲取大規模系統中的信號傳遞路徑，例如 Bauer 等人在文獻(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.)中利用轉移熵獲取因果關系圖，從而判斷回路間的因果關系。這一方法的局限在于它需要復雜的概率密度函數估計，這會導致計算復雜度大幅上升并且計算準確度取決于較多參數的選取，這對于動態特性復雜多樣且未知的系統來說，實際應用有比較大的困難。另外一種利用互相關分析計算時間序列延遲的方法較為簡易實用，但是它對于非線性強的系統性能不佳，而且只利用操作數據，在沒有外部激勵的情況下，信號傳遞的準確時延仍然是一個沒有得到很好解決的技術難題。針對實際情況，一種能夠實用于非線性、強耦合系統，無需復雜的計算和過程機理知識，能夠在故障發生初期診斷出故障源的方法有助于提高系統性能維護效率，實現局部調整和故障預防，對于延長預測控制系統壽命，提高經濟效益具有重要的實用價值。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提供復雜化工過程中振蕩信號的快速定位方法。復雜化工過程中振蕩信號的快速定位方法，其特征在于它的步驟如下1)記所要分析的變量數據用矩陣方式表示為X = [X1，其中Xi為由變量測量數值構成的行向量，選取階次n，3<n<7，則η個不同數值按大小有η ！個不同排列， 記為％，k= 1，2，...，η ！，將變量Xi相鄰η個數值作為一組，并根據他們的排列變換為符號序列，得到符號化后的矩陣，記為Π= [JI1 JI2…πκ]； 2)對于任意兩個符號變量^、^.，將、前移d個采樣單位，移動后的符號變量記為、((1)，其中(1從1逐漸遞增，計算JIi到JIj的有向符號互信息，記為Ibj(Cl),計算方法如下
權利要求
1. 一種復雜化工過程中振蕩信號的快速定位方法，其特征在于它的步驟如下1)記所要分析的變量數據用矩陣方式表示為X= [X1 ^…^]，其中Xi為由變量測量數值構成的行向量，選取階次n，3<n<7，則η個不同數值按大小有η ！個不同排列，記為 sk, k= 1,2,..., η ！，將變量Xi相鄰η個數值作為一組，并根據他們的排列變換為符號序列，得到符號化后的矩陣，記為Π= [Ji1 Ji2- Jij ；2)對于任意兩個符號變量η” ^.，將、前移d個采樣單位，移動后的符號變量記為 、((!)，其中d從1逐漸遞增，計算、到、的有向符號互信息，記為Ibj(Cl),計算方法如下其中p( ·)代表符號出現的概率和聯合概率，求和符號對所有可能出現的符號概率求和；3)依次增大d，獲取Ibj(Cl)的局部最大值，記為1卜」(知_)；4)調換變量順序，重復步驟幻、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)將數據矩陣X中各個變量的測量值重新隨機排列，得到數據矩陣X，按步驟1)符號化后得到矩陣Π，重復步驟2)至步驟5)，得到因果矩陣M ；7)重復步驟6)Ν次，N>50，每次得到的因果矩陣記為1 ρ計算所有相同位置的數值的均值和均方根分別記為μ…σ ,j ；8)構造KXK維關系矩陣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的行所對應變量為故障源懷疑變量。
全文摘要
本發明公開了一種復雜化工過程中振蕩信號的快速定位方法。針對當前復雜化工過程的大規模，強非線性，強耦合等特點，搜索振蕩信號傳播路徑，精確定位故障源。本發明包括將原始信號符號化，獲取信號的符號化動態信息，計算各路信號的有向符號化互信息并得到信號傳遞方向與耦合強度，最后從因果矩陣定位故障源所在的變量。本發明直接采用化工過程可測變量，對工況無附加擾動；精確定位大規模化工過程的故障發生位置；易于計算，便于實施。本發明易于在當前廣泛使用的DCS或工業控制系統上位機上實現，降低大規模復雜過程的維護成本，減少控制性能改進與提升的風險，提高效益。
文檔編號G05B19/418GK102541017SQ201210008810
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者蘇宏業, 謝磊, 陳貴 申請人:浙江大學