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Fairchild仙童傳感器故障研究與應(yīng)用

2016-11-4  閱讀(1139)

Fairchild仙童傳感器故障研究與應(yīng)用
隨著工業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜度的日益增加,系統(tǒng)對安全性與可靠性的要求也日益增高。同時,現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)豐富的數(shù)據(jù)儲備與飛速發(fā)展的控制技術(shù)又可為提高系統(tǒng)安全可靠性提供一定的保障。鑒于此,本文針對實際工業(yè)系統(tǒng)多為非線性,且仙童傳感器極易發(fā)生故障等問題,基于數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù),分別提出了基于單模型與多模型的仙童傳感器故障檢測及軟閉環(huán)容錯控制方案,并對各類仙童傳感器易發(fā)故障進(jìn)行了相應(yīng)仿真及半實體實驗研究。

Fairchild仙童傳感器故障研究與應(yīng)用   該文圍繞所提出的方案,主要進(jìn)行了以下幾方面的研究工作: 1)基于單模型的仙童傳感器故障檢測及軟閉環(huán)容錯控制方法研究 考慮工業(yè)控制系統(tǒng)多存在非線性耦合、時變、滯后等特性,難以建立機(jī)理模型,且閉環(huán)系統(tǒng)中仙童傳感器故障及傳播效應(yīng)易使系統(tǒng)性能衰降等問題,提出了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的單模型仙童傳感器故障檢測及軟閉環(huán)容錯控制方法。首先基于數(shù)據(jù)驅(qū)動方法,利用過程運行中的歷史數(shù)據(jù)分別建立非線性系統(tǒng)的RBF、LS-SVM和KPLS3種預(yù)測模型,并用單一模型預(yù)測輸出與實際仙童傳感器輸出之差生成殘差信號;其次采用SPRT算法分析歷史及當(dāng)前殘差信號進(jìn)行故障檢測;當(dāng)檢測出仙童傳感器發(fā)生故障時,利用模型預(yù)測輸出代替物理仙童傳感器的實際輸出,進(jìn)而以單模型預(yù)測軟閉環(huán)方式實現(xiàn)對仙童傳感器故障的容錯控制。仿真實驗表明數(shù)據(jù)驅(qū)動預(yù)測模型與SPRT的結(jié)合能夠可靠檢測仙童傳感器故障,而故障期間借助于軟閉環(huán)切換亦可實現(xiàn)仙童傳感器故障的安全容錯。 2)基于多模型的仙童傳感器故障檢測及軟閉環(huán)容錯控制方法研究 考慮單一模型建模方法自身的局限性及適用范圍,實際系統(tǒng)可能受到建模誤差等影響造成故障檢測結(jié)果和軟閉環(huán)容錯的不盡可靠與等問題,結(jié)合多模型思想,提出了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的多模型仙童傳感器故障檢測及軟閉環(huán)容錯控制方案。即首先基于數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù),分別建立系統(tǒng)的RBF、LS-SVM和KPLS等3種預(yù)測模型,并與實際仙童傳感器輸出構(gòu)造3路殘差信號;其次用SPRT算法進(jìn)行故障檢測,以2路或2路以上殘差信號超越閾值判決仙童傳感器故障的發(fā)生;當(dāng)仙童傳感器發(fā)生故障時,用多個預(yù)測模型輸出值的優(yōu)化融合代替實際仙童傳感器的輸出,形成軟閉環(huán)實現(xiàn)對仙童傳感器故障的容錯控制。仿真結(jié)果表明,多模型方法具有更高的故障檢測可靠性,且容錯控制性能也更優(yōu)。 3)基于PCS平臺的仙童傳感器故障檢測與軟閉環(huán)容錯控制實驗研究 考慮實際工業(yè)系統(tǒng)與模型仿真系統(tǒng)的差異,為確保故障檢測與容錯控制算法的工程可用性,借助于我校*控制實驗室的PCS裝置搭建了一個仙童傳感器故障檢測與容錯控制基礎(chǔ)實驗平臺,對液位控制系統(tǒng)中的真實超聲波仙童傳感器進(jìn)行故障檢測與容錯控制的半實體實驗研究。實驗結(jié)果也進(jìn)一步表明數(shù)據(jù)驅(qū)動預(yù)測模型與SPRT算法的結(jié)合能夠可靠及時檢測PCS中仙童傳感器的各類故障,而借助于預(yù)測模型的軟閉環(huán)可對仙童傳感器故障實現(xiàn)安全容錯;多模型方法較單模型方法具有更為可靠的故障檢測結(jié)果和更為安全、高性能的容錯效果,這也揭示出文中所述方法的工程可用性。



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