發(fā)布時(shí)間：2020-06-07 20:15

【摘要】：石化生產(chǎn)過(guò)程具有高溫高壓、易燃易爆、有毒有害等特點(diǎn),未及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障將會(huì)導(dǎo)致重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失,甚至影響生態(tài)環(huán)境。因此研究過(guò)程故障診斷和預(yù)報(bào)技術(shù)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本文以連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程為背景,針對(duì)多變量、非線性以及非高斯性等問(wèn)題,基于狀態(tài)估計(jì)方法研究并提出了新的過(guò)程故障診斷和預(yù)報(bào)方法,并通過(guò)仿真研究對(duì)方法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證和分析。 首先,為了考慮多維觀測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)序自相關(guān)性和變量互相關(guān)性,利用低維特征捕捉過(guò)程動(dòng)態(tài)特性,提出一種基于典型變量分析狀態(tài)殘差的故障檢測(cè)方法。首先利用觀測(cè)數(shù)據(jù)建立典型變量分析模型,然后提取過(guò)程狀態(tài),估計(jì)狀態(tài)空間矩陣,從而建立子空間模型。將典型變量分析模型估計(jì)的狀態(tài)與子空間模型估計(jì)的狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比獲得殘差,設(shè)計(jì)多元統(tǒng)計(jì)量監(jiān)控殘差的變化趨勢(shì)。在連續(xù)攪拌反應(yīng)器上的仿真研究表明,所提方法能夠根據(jù)低維特征信息更快速更靈敏地檢測(cè)到故障。 其次,針對(duì)非線性多變量過(guò)程,提出兩種基于unscented卡爾曼濾波新息特征的故障診斷方法:多變量序貫概率比檢驗(yàn)方法和信息散度方法。利用unscented卡爾曼濾波器產(chǎn)生預(yù)測(cè)新息,對(duì)新息特征進(jìn)行深入研究。多變量序貫概率比檢驗(yàn)方法通過(guò)構(gòu)造對(duì)數(shù)概率似然比統(tǒng)計(jì)量和判決規(guī)則監(jiān)控過(guò)程的運(yùn)行狀態(tài)。為了進(jìn)一步考慮預(yù)測(cè)新息中的非高斯特征,信息散度方法利用核密度估計(jì)計(jì)算多元新息的概率分布,設(shè)計(jì)信息散度統(tǒng)計(jì)量監(jiān)控過(guò)程的運(yùn)行狀態(tài)。利用對(duì)稱信息散度計(jì)算待診斷過(guò)程與故障庫(kù)中各類故障之間的距離,識(shí)別故障類型。在連續(xù)攪拌反應(yīng)器上的仿真結(jié)果表明,提出的方法能夠有效監(jiān)控過(guò)程變化,正確識(shí)別故障類型。 針對(duì)未知非線性系統(tǒng)故障預(yù)報(bào)問(wèn)題,提出一種基于支持向量機(jī)新息預(yù)測(cè)的改進(jìn)卡爾曼預(yù)測(cè)方法。通過(guò)典型變量分析子空間辨識(shí)算法獲得未知非線性系統(tǒng)的局部線性化模型,利用該模型和卡爾曼濾波器對(duì)過(guò)程進(jìn)行跟蹤和預(yù)測(cè),并利用支持向量機(jī)時(shí)間序列預(yù)測(cè)算法預(yù)測(cè)未來(lái)新息,基于未來(lái)新息修正卡爾曼單步和多步預(yù)報(bào)。在連續(xù)攪拌反應(yīng)器上的仿真研究表明,所提方法能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì),提前預(yù)報(bào)故障狀態(tài)。 最后,為了增強(qiáng)unscented卡爾曼濾波對(duì)故障過(guò)程的跟蹤和預(yù)報(bào)能力,提出一種基于模糊自適應(yīng)unscented卡爾曼濾波的預(yù)測(cè)器。根據(jù)預(yù)測(cè)效果調(diào)節(jié)狀態(tài)誤差協(xié)方差矩陣和卡爾曼增益,增強(qiáng)unscented卡爾曼濾波器對(duì)故障過(guò)程的跟蹤能力。針對(duì)過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)致的跟蹤波動(dòng)較大問(wèn)題,設(shè)計(jì)Takagi-Sugeno模糊邏輯系統(tǒng)平滑調(diào)節(jié)。仿真研究表明,模糊自適應(yīng)濾波器能夠在保證強(qiáng)跟蹤能力的同時(shí)實(shí)現(xiàn)平滑跟蹤,基于模糊自適應(yīng)濾波的預(yù)測(cè)器能夠精確預(yù)測(cè)未來(lái)過(guò)程輸出,實(shí)現(xiàn)提前報(bào)警。
【圖文】：

取措施排查原因以消除故障隱患。由此可見，故障預(yù)報(bào)技術(shù)有利于提高早期故障檢測(cè)能力，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和安全性。圖1-1 過(guò)程故障預(yù)報(bào)示意圖Fig1-1 Schematic diagram of process fault prediction過(guò)程故障預(yù)報(bào)技術(shù)根據(jù)采集數(shù)據(jù)，基于一定的信息預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)系統(tǒng)未來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而利用故障檢測(cè)與診斷方法對(duì)過(guò)程預(yù)測(cè)值進(jìn)行分析，確定將來(lái)是否存在超限現(xiàn)象。過(guò)程故障預(yù)報(bào)包括信息預(yù)測(cè)和故障檢測(cè)與診斷兩個(gè)部分，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1-2所示。目前，關(guān)于故障預(yù)報(bào)的研究主要集中在信息預(yù)測(cè)模塊，故障檢測(cè)與診斷模塊主要實(shí)現(xiàn)超限檢測(cè)功能。圖1-2 過(guò)程故障預(yù)報(bào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig1-2 Schematic diagram of process fault prediction system相關(guān)博士學(xué)位論文 2011年 第08期 工程科技Ⅱ輯 C029-32-8

狀態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而利用故障檢測(cè)與診斷方法對(duì)過(guò)程預(yù)測(cè)值進(jìn)行分析，確定將來(lái)是否存在超限現(xiàn)象。過(guò)程故障預(yù)報(bào)包括信息預(yù)測(cè)和故障檢測(cè)與診斷兩個(gè)部分，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1-2所示。目前，關(guān)于故障預(yù)報(bào)的研究主要集中在信息預(yù)測(cè)模塊，，故障檢測(cè)與診斷模塊主要實(shí)現(xiàn)超限檢測(cè)功能。圖1-2 過(guò)程故障預(yù)報(bào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig1-2 Schematic diagram of process fault prediction system相關(guān)博士學(xué)位論文 2011年 第08期 工程科技Ⅱ輯 C029-32-8
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TH165.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 朱春梅;徐小力;張建民;;基于混沌時(shí)間序列的旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)趨勢(shì)預(yù)測(cè)研究[J];北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào);2006年04期

2 葛哲學(xué);楊擁民;王興偉;溫熙森;胡政;;非線性系統(tǒng)傳感器偏差故障的UKF遞推檢測(cè)方法[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2005年04期

3 張克志;田蔚風(fēng);金志華;;基于UKF的動(dòng)力調(diào)諧陀螺隨機(jī)漂移建模研究[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2007年07期

4 李勁;強(qiáng)跟蹤Unscented濾波器及其在無(wú)源跟蹤中的應(yīng)用[J];電訊技術(shù);2005年01期

5 陳偉;胡昌華;方華元;;基于小波支撐矢量機(jī)的陀螺儀漂移預(yù)測(cè)[J];電光與控制;2006年02期

6 劉昆朋;曾慶華;;序貫概率比檢驗(yàn)用于殘差檢測(cè)的一種改進(jìn)方法[J];電光與控制;2009年08期

7 白江坡;邱靜;姜云春;;UKF方法在永磁同步電機(jī)故障檢測(cè)中的應(yīng)用[J];電機(jī)與控制學(xué)報(bào);2007年01期

8 徐文正;李煒;;基于自調(diào)整多數(shù)據(jù)檢測(cè)的傳感器小偏置量故障檢測(cè)器設(shè)計(jì)[J];彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào);2007年03期

9 李煒;李陽(yáng);毛海杰;;多序貫概率比檢驗(yàn)在管道泄漏檢測(cè)中的研究[J];彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào);2007年04期

10 畢小龍;王洪躍;司風(fēng)琪;徐治皋;;基于核主元分析的傳感器故障檢測(cè)[J];動(dòng)力工程;2007年04期

本文編號(hào)：2701940