[发明专利]一种基于正多胞体滤波的工业系统分层故障诊断方法

说明书

本发明涉及一种基于正多胞体滤波的工业系统分层故障诊断方法，包括获取CSTR系统模型及其故障库，应用正多胞体滤波的方法包络可行参数集，通过检测可行参数集是否为空判断CSTR系统是否发生故障，若系统发生故障，则对故障库进行层次聚类分析，按聚类结果逐层进行判别分析，最后进行模型匹配，确定故障类型，若一定时间内没有匹配到故障类型，则考虑匹配该样本邻域内的故障类型，若整个仿真时长内都没有匹配到故障类型，则表示CSTR系统发生了新的故障类型，将新的故障类型添加到故障库中，当再次发生该类型故障时需重新进行层次聚类分析。与直接进行模型匹配的故障诊断方法相比，减少了计算时间复杂度，降低计算负载，同时增加了故障诊断效率。

技术领域

本发明涉及故障诊断技术领域，尤其是一种基于正多胞体滤波的工业系统分层故障诊断方法。

背景技术

连续搅拌反应釜(CSTR)是一种复杂的非线性化学反应器，是生产聚合物的核心设备，它具有热交换能力强、投资少和产品质量稳定等特点，在化工、石油生产、发酵、生物制药等工业生产过程得到了广泛的应用。CSTR中的关键变量一般为反应器温度、产品浓度等，从而关键变量的在线估计和故障诊断将有利于控制整个反应过程，从而提高产品质量。

通常，故障原因由集总参数变化、结构变化和传感器/执行器失灵三种情况构成，由于化工过程性能的降低较多的表现为参数的变化，而不是结构或状态的变化，所以化工过程的故障诊断往往通过辨识未知的过程参数来搜寻过程故障的特定来源。对于故障类型较少的故障诊断，通常直接采用模型匹配的方法实现，但是对于较复杂的化工过程，故障类型较多，直接应用模型匹配的方法会使故障诊断效率降低，且时间复杂度增加。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种基于正多胞体滤波的工业系统分层故障诊断方法，采用正多胞体滤波技术，配套复杂度合理的诊断算法，避免了传统检测方法直接进行模型匹配带来的高计算负载和低诊断效率，能实现快捷稳定的故障诊断。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于正多胞体滤波的工业系统分层故障诊断方法，包括以下步骤：

第一步，获取CSTR系统模型和故障库；

第二步，根据CSTR系统模型确定k-1时刻的正多胞体；

第三步，确定k时刻的测量集合；

第四步，检测k-1时刻的正多胞体和k时刻的测量集合交集是否为空集，若交集为空集，判定系统存在故障并跳转第五步，若交集不为空集，判定系统无故障，更新相关数据信息并跳转第十二步；

第五步，初始化正多胞体O(k)并记录故障信息；

第六步，对第一步中获取的故障库进行层次聚类分析；

第七步，更新相关数据信息；

第八步，以第六步结果为先验知识逐层进行判别分析，循环第八步至各层的样本个数小于三个后，跳转第九步；

第九步：通过模型匹配识别故障类型，若在一定时间内匹配成功，则记录故障信息并跳转第十二步，若在一定时间内匹配失败，跳转第十步；

第十步，于样本邻域内进行模型匹配，若在仿真时长内匹配成功，则记录故障信息并跳转第十二步，若在仿真时长内匹配失败，则跳转第十一步；

第十一步，判定系统出现新的故障类型，把所述故障类型添加到故障库中，并跳转第十二步；

第十二步，若已经检测到故障，跳转至第七步；若未检测到故障，则跳转至第四步，循环跳转直至k＞N，N为数据长度。

其进一步技术方案在于：

第一步中获取CSTR的系统模型还包括步骤A～C：