基于多元统计法的工业故障检测技术研究(2)

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结论.. 28

致谢.. 29

参考文献：.. 30

附录.. 32

1 绪论 1.1 故障检测技术介绍故障检测和诊断已经发展成为自动控制一个重要的研究领域。该学科交叉性极强，广泛涉及诸多应用领域，例如系统集成，控制工程，人工智能，应用数学和统计学。如今，故障检测和诊断技术手段的发展，促进了诸如智能网络检测管理系统，工业防爆技术，无损检测技术等的迅速发展。将传统的事后维修机制变为前期的故障预警、在线维护和事前损伤检测。在线工作状态的检测和故障机理的综合性分析诊断，为现代工业降低了很多生产成本，源]自=751-·论~文"网·www.751com.cn/ 也提升了工业生产的安全性。准确的诊断可以帮助维护人员做出正确的决策，及时地修复完善工作器件。[1] 故障诊断技术既可以监控设备的安全运行，又可获得巨大的经济效益，所以，不断探索与改善故障诊断技术的新方法，对现代工业生产具有十分重要的意义。本文在多元统计理论的基础上重点研究实际工业过程故障诊断理论应用及方法。
1.1.1 故障的概念故障是指系统中至少一个特性或参数出现较大偏差，从而导致原本的系统功能偏离预期，无法完成所需的功能[2]。故障问题通常来说由其工作机理的不同而分为两类：一类是在比如传感器等元件上产生的硬件故障。另一类故障是指复杂工业系统中由于软件出错，比如控制信息无法及时送达，人员控制时不慎操作失误等产生的故障。在工业过程中，故障经常发生，并且难于用仪器等手段直接测量，所以会极大地影响产品的质量。
1.1.2 故障诊断的基本概念故障诊断技术综合性非常强，涉及诸如模糊集理论、可靠性设计、模式识别、现代控制理论、数理统计、信号处理等。[4]故障诊断的任务，由低级到高级，主要有：故障检测、故障类型判断、故障定位及故障恢复等。运用多种检测手段和方法，寻找系统是否存在故障的过程就是故障检测；而根据已有信息推断故障发生位置的过程就是故障定位；根据工业需要定位故障并辅助故障修理、零件更换的过程称为故障隔离。故障诊断指的主要就是故障检测、故障定位和故障隔离的过程。通常而言，我们评价一个故障诊断系统性能的时候，主要涉及的指标有:故障检测的及时性和灵敏度、故障的误报率及漏报率、故障分离能力、故障辨识能力、自适应能力和诊断系统自身的鲁棒性。[5]
1.1.3 故障诊断方法的分类按照国际故障诊断权威，故障诊断方法可以划分成基于解析模型的方法、基于信号处理的方法和基于知识的方法三种。[6] （1）基于解析模型的方法基于解析模型的方法产生时间最早，主要依据的是解析模型冗余思想，因而在使用该方法之前，我们需要建立一个完整的系统模型，模型的精度和我们故障检测的效率息息相关。在系统模型的建立中，最常用的三种方法分别是：参数估计方法、等价空间方法和状态估计方法。这三种方法虽然从历史上而言是独立各自发展起来的，但它们之间存在着一定的联系。状态估计法：通过已经获得的测量数据来估计系统内部数据的动态变化的方法，就是状态估计法。仅仅对系统输入输出信号进行测量，我们只能够获得一些关于系统外部特性的数据，由于系统内部的状态无法直接通过测量来获得，我们就想到运用状态变量的方法来描述。因而，状态估计法对于了解和控制一个系统有着十分重大的意义。文献综述等价空间法[7]：等价空间法的基本思想是利用系统输入、输出的实际测量值检验系统解析模型数学关系的等价性，从而检测和分离故障。参数估计法：参数估计法不需要计算残差序列，而是根据模型参数及相应的物理参数的变化来检测和分离故障。（2）基于信号处理的方法基于信号处理的方法也是理论研究的热点之一。它回避了建模的难点，能够对生产过程实时数据进行分析和信息提取，应用性与适用性强。（3）基于知识的故障诊断方法[7-9]：基于知识的方法使用定性的模型来获得过程监控的量度。基于知识的方法特别适合于不能获取详细数学模型的系统，因此具有很大的应用前景。