2基于解析模型的故障诊断方法.ppt

基于解析模型的故障诊断 Contents 故障现象的合理描述 工业过程目前绝大部分已采用了计算机控制系统，且以计算机为核心的控制器的可靠性可以达到较高水平，随之而来的问题是执行器和传感器可靠性的不足。实际上，传感器和执行器的故障已成为导致控制系统失效的主要原因，据统计，80 %控制系统失效，起因于传感器和执行器故障。然而，传统的控制理论的研究大多都是基于传感器和执行器工作正常的假设。因此，研究传感器和执行器的故障检测和容错控制间题有重要的理论和应用价值。 大部分故障容错控制研究中广泛采用了“二状态故障模型”，尽管这种描述可以简化故障诊断和容错控制的研究，但这种描述不能很好的反映实际的工程系统中所发生的故障现象。因此，如何建立合理的实际故障的解析模型是非常必要的。 传感器故障的合理描述 1. 传感器故障问题的描述 对于一个实际的多输入多输出的非线性动态系统，其带有传感器故障数学模型可用描述为： (1) (2) 故障发生的时间可以被描述为： (3) 这里 表示一个时变增益的常数矩阵，可以描述突变故障、衰减故障和间隙故障。 （突变故障 ） (4) （衰减故障 ） (5) 是衰减系数，代表单位阶跃响应。 传感器故障的合理描述 2.传感器故障分类及其特性描述 传感器故障：偏差故障、漂移故障、精度下降故障和完全故障。前三种故障被称为“软故障”，而后一种故障被称为“硬故障”。软故障由于故障现象不明显，难于被检测，使得软故障在某种程度上比硬故障危害更大。 1) 偏差故障：是指故障测量值与正确测量值相差某一恒定常数的一类故障，即： b为常数 (6) 该类故障的表现形式如图1 所示。从图中可以看出，有故障的测量与无故障的测量是平行的只是两者之间相差一个常数 b。 传感器故障的合理描述 2)漂移故障：是指故障大小随时间发生线性变化的一类故障,其形式为 为常数，为的故障起始时刻 (7) 该类故障的表现形式如图1b所示，从图中可以看出，有故障测量值与无故障测量值之间的差距随时间的推移而不断加大。 3) 精度下降故障：发生精度下降故障时，测量的平均值并没有变化，而是测量的方差发生了变化。具体表示形式为： (8) 这里, 表示高斯白噪声, 表示方差。精度下降故障类似于自由噪声的方差增大的情况。其表现形式如图1c所示，从图中可以看出，有故障测量与无故障测量混杂在一起。正是由于这一点，使得该类故障的检测较其他三类故障更难。 传感器故障的合理描述 4) 完全故障：完全故障时测量值不随实际变化而变化，始终保持某一读数。通常这一恒定值一般是仪表量程的最大或最小值。该类故障可以表示成为： 表示仪表量程的最大或最小值 (9) 这类故障的发生往往是一个衰减过程，可以表示为： ( 10) 其表现形式如图1(d)所示，此类故障检测的关键是早期检测，防止故障进一步的扩大。 传感器故障的合理描述 执行器故障（阀门故障）的描述 执行器位于控制回路的最终端，控制系统的控制性能与执行器的性能和正确选用有着直接的十分重要的关系。阀门是流程工业最常用的执行器，其使用不当或阀门故障引起的生产不能正常进行甚至造成事故的情况不胜枚举。另一方面在一个装置中阀门的数量众多，一些关键部位的阀门价值昂贵且难于更换。本节研究对象采用欧洲网络训练基金会在2002-2006年研究开发的一个动态执行器基准平台——DAMADICS（Development and Application of Methods for Actuator Diagnosis in Industrial Control Sys