[发明专利]一种用于信息物理系统的故障检测系统设计

摘要

本发明公开了一种用于信息物理系统的故障检测系统的设计方法，属于故障检测领域。该方法具体包括如下基本步骤：第一阶段：基于离线数据建立数学模型：1)采集稳定运行下信息物理系统的离线数据并进行预处理；2)计算预处理后数据基于多流形正则邻域保持嵌入方法下的投影矩阵及投影后向量；3)确定离线数据的性能指标及其故障检测阈值；第二阶段：在线故障检测：4)对在线数据预处理；5)计算在线数据基于多流形正则邻域保持嵌入方法下的投影矩阵及投影后向量；6)计算在线数据性能指标，比较故障检测阈值实现故障检测。本发明可以选取最优的组合流形特征，深度挖掘采样数据的信息，实现物理系统的在线实时故障检测。

主权项

1.一种用于信息物理系统的故障检测系统设计方法，其特征在于包括如下步骤：第一阶段：基于离线数据建立数学模型1)采集稳定运行下信息物理系统的离线数据并进行预处理。具体地，对信息物理系统内的离线数据根据进行归一化处理并将其重新定义。归一化的过程是：定义离线样本为X＝[x_k(1)，…，x_k(m)]∈R^n×m，其中k＝1，…，n，i＝1，…，m每一列均值方差归一化后重新定义的数据集为：2)计算预处理后数据基于多流形正则邻域保持嵌入方法下的投影矩阵及投影后向量。具体地，计算不同流形参数下归一化后的图拉普拉斯矩阵如下：其中，i＝1，2，...，m，m是流形的个数，是拉普拉斯对角矩阵，H是包含指定点邻域信息的矩阵定义如下：重新组合不同参数的图拉普拉斯流形以提取不同特征，并对不同的图拉普拉斯矩阵进行初始权重赋值如下：其中，i＝1，2，...，m，m是流形的个数。计算如下方程的广义特征向量定义为a₁：[XMX^T‑k(XL₁X^T)]a₁＝λXX^Ta₁其中，M＝(I‑W)^T(I‑W)，k是一个正则化参数。然后，根据a₁计算优化后的和L₂：其中，γ是一个参数。求解如下广义特征方程，其特征向量列向量a2构成的矩阵定义为投影矩阵A：[XMX^T‑k(XL₂X^T)]a₂＝λXX^Ta₂计算投影后的向量y_i如下：3)确定离线数据的性能指标及其故障诊断阈值。具体地，确定离线数据的性能指标T²和Q：Q＝X(I‑AA^T)X^T其中，Λ＝cov(Y_离线)是离线数据集的协方差矩阵。第二阶段：基于数学模型进行在线故障检测4)根据步骤1)中的方法，对在线实时采集的信息物理系统数据进行预处理。5)根据步骤2)中的方法，计算在线数据基于多流形正则邻域保持嵌入方法下的投影矩阵及投影后向量。6)根据步骤3)获得的性能指标方法计算在线数据的性能指标，并与步骤3)中故障检测阈值比较以判断是否发生故障。