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1、化工自动化及仪表,2005,32(4):1~7综述与评论ControlandInstrumentsinChemicalIndustry动态系统故障诊断技术的研究与发展郑小霞,钱锋(华东理工大学自动化研究所,上海200237)摘要:故障诊断技术经过几十年的迅速发展,已经出现了基于不同原理的众多方法,如基于解析模型的方法、基于信号处理的方法以及基于知识的方法。近年来,故障诊断技术又应用了多种新的理论和方法,如小波变换、主元分析法、支持向量机、分形等。在综合大量文献的基础上,系统地总结了国内外动态系统故障诊断技术的研究现状,介绍了近几年出现的一些新的
2、故障诊断方法的特点和局限性,给出了一些典型的应用实例。最后对这一领域的发展趋势进行了探讨。关键词:动态系统;故障诊断;解析模型;信号处理;神经网络;专家系统中图分类号:TP277文献标识码:A文章编号:1000-3932(2005)(04)-0001-071引言计方法,数值可靠,易于计算机实现,但未考虑鲁棒[2]动态系统故障检测与诊断技术(FDD)是一门应性问题。Edwards等人通过等价输出注入概念来用型边缘学科,涉及现代控制理论、计算机工程、信重构故障信号,形成了一种基于滑模观测器的方[3]号处理、数理统计、模式识别、人工智能及相应的应法。
3、Zhong等人针对具有建模误差的不确定线性用学科。所谓故障诊断,就是利用被诊断系统的各时不变系统,采用最优残差产生器作为参考残差模种状态信息和已有的各种知识,进行信息的综合处型来设计鲁棒故障检测观测器,并利用最新的H]研理,最终得到关于系统运行和故障状况的综合评价究成果,通过引入线性矩阵不等式来解决观测器的[4]的过程。故障诊断技术经过几十年的迅速发展,已最优化问题。Chen等人设计了一种对于时变系经出现了基于不同原理的众多方法。对于解析冗余统和时不变系统均适用的最优随机故障检测滤波[5]的方法,按照德国Frank教授的观点,可分为三类:器。基
4、于解析模型的方法、基于信号处理的方法以及基非线性系统的研究成果相对较少,Frank和其合于知识的方法。近年来,故障诊断技术又应用了多作者Seliger等人于1987年和1991年提出了非线性种新的理论和方法,如小波变换、主元分析、支持向残差发生器法和非线性解耦的未知输入观测器法,量机、分形等。后者考虑了建模误差和干扰问题,在处理实际问题2基于解析模型的故障诊断方法时要好于前者。Zolghadri等人通过实验验证了这一所谓基于解析模型的故障诊断,就是通过将被[6]点。Zhang等人综合运用微分代数重构输入输出诊断对象的可测信息和由模型表达的系统先
5、验信息和局部逼近的方法设计了一种用于非线性动态系统进行比较,从而产生残差,并对残差进行分析和处理[7]的故障检测方法。目前非线性系统研究还主要是[1][8,9]而实现故障诊断的技术。当可以建立比较准确的针对某种特定的非线性系统,如双线性系统,尚被控过程的数学模型时,基于解析模型的方法是首难以解决实际中广泛存在的复杂非线性问题。选的方法。根据残差的产生形式不同,该方法可分2.2参数估计方法为状态估计方法、等价空间法和参数估计法。根据模型参数及相应物理参数变化量序列的统2.1状态估计方法计特性来进行故障的检测和分离,不需计算残差序状态估计法是当系统
6、可观或部分可观时,重构列。根据估计参数的不同,参数估计法可分为基于被控过程的状态,并由观测器的输出与实际系统输系统参数估计的方法和基于故障参数估计的方法,出的差值来构造包含故障信息的残差,再对残差进详见文献[10]。行分析处理,实现系统的故障诊断。在能够得到被参数估计法要求找出模型参数和物理参数的一控对象的精确数学模型时,状态估计法最直接有效。一对应关系,且被控过程需要充分激励,因此常用的近年来出现了许多针对线性系统的方法,Patton等人提出了一种基于矩阵束的新型故障诊断观测器设收稿日期:2005-06-17(修改稿)#2#化工自动化及仪表第
7、32卷是将参数估计方法和其它基于解析模型的方法结合理的故障诊断方法。起来。Hofling等人给出了一种参数估计法和等价3.1主元分析法(PCA)空间法结合的方法。首先利用连续时间的等价空间根据收集的过程正常工况下的历史数据,利用法快速检测故障,再根据等价残差估计参数的变化,统计方法建立正常情况下的过程主元模型,一旦过回避了参数估计法对持续激励的要求。对于存在慢程的测量数据与主元模型冲突,就可通过对测量数时变的系统,等价方程的系数对估计参数的变化有据的分析分离出不同的故障。该方法主要用于数据[11]自适应能力。Juricic等人也将参数估计法和等
8、中含有大量相关冗余信息时的故障检测与分离,特价空间法结合用于由无刷直流电动机驱动的执行器别适合于对大型的、已达到稳态的动态系统进行监[12]故障检测中
