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Fairchild仙童傳感器故障研究與應(yīng)用

2016-11-4  閱讀(1137)

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(duì)安全性與可靠性的要求也日益增高。同時(shí),現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)豐富的數(shù)據(jù)儲(chǔ)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(duì)實(shí)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(dòng)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(cuò)控制方案,并對(duì)各類仙童傳感器易發(fā)故障進(jìn)行了相應(yīng)仿真及半實(shí)體實(shí)驗(yàn)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(cuò)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(shí)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(dòng)的單模型仙童傳感器故障檢測及軟閉環(huán)容錯(cuò)控制方法。首先基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法,利用過程運(yùn)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(shí)際仙童傳感器輸出之差生成殘差信號(hào);其次采用SPRT算法分析歷史及當(dāng)前殘差信號(hào)進(jìn)行故障檢測;當(dāng)檢測出仙童傳感器發(fā)生故障時(shí),利用模型預(yù)測輸出代替物理仙童傳感器的實(shí)際輸出,進(jìn)而以單模型預(yù)測軟閉環(huán)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)仙童傳感器故障的容錯(cuò)控制。仿真實(shí)驗(yàn)表明數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)仙童傳感器故障的安全容錯(cuò)。 2)基于多模型的仙童傳感器故障檢測及軟閉環(huán)容錯(cuò)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(shí)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(cuò)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(dòng)的多模型仙童傳感器故障檢測及軟閉環(huán)容錯(cuò)控制方案。即首先基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)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(shí)際仙童傳感器輸出構(gòu)造3路殘差信號(hào);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(hào)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(shí),用多個(gè)預(yù)測模型輸出值的優(yōu)化融合代替實(shí)際仙童傳感器的輸出,形成軟閉環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)仙童傳感器故障的容錯(cuò)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(cuò)控制性能也更優(yōu)。 3)基于PCS平臺(tái)的仙童傳感器故障檢測與軟閉環(huán)容錯(cuò)控制實(shí)驗(yàn)研究 考慮實(shí)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(cuò)控制算法的工程可用性,借助于我校*控制實(shí)驗(yàn)室的PCS裝置搭建了一個(gè)仙童傳感器故障檢測與容錯(cuò)控制基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)液位控制系統(tǒng)中的真實(shí)超聲波仙童傳感器進(jìn)行故障檢測與容錯(cuò)控制的半實(shí)體實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也進(jìn)一步表明數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)預(yù)測模型與SPRT算法的結(jié)合能夠可靠及時(shí)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(duì)仙童傳感器故障實(shí)現(xiàn)安全容錯(cuò);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(cuò)效果,這也揭示出文中所述方法的工程可用性。



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