[发明专利]基于模糊理论的非线性时滞离散系统故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种故障诊断技术，特别涉及一种基于模糊理论的非线性时滞离散系统故障诊断方法。

背景技术

近几十年来，随着工业控制系统规模越来越大，功能越来越复杂。系统中任何微小的故障，如果不能及时的发现和排除，都会产生连锁反映，从而导致整个系统的崩溃，造成重大的经济和人员的损失。1986的切尔诺贝利核电站发生核泄漏事故，酿成了世界和平利用核能史上的最惨重灾难。核泄漏过程持续了10天，核反应堆泄漏出的大量锶、铯、钚等放射性物质散到乌克兰、白俄罗斯、俄罗斯以及其他欧洲国家。事故发生20天后，核反应堆中心的温度仍然高达270摄氏度。数十万当地居民被紧急疏散，放射危险性将持续10万年。2005年，载有七名宇航员的美国哥伦比亚号航天飞机在结束了为期16天的太空任务之后，返回地球，由于隔热瓦的微小故障，在着陆前发生意外，航天飞机解体坠毁。

众多研究者对工业控制系统的故障诊断研究做出了巨大的贡献。Frank在文献Fault Diagnosis in Dynamic Systems Using Analytical and Knowledge-Based Redundancy: A Survey and Some New Results中，总结了自己和前人的大部分线性系统的故障诊断工作，开创了故障诊断研究的新里程。Patton 在文献Fault Diagnosis in Dynamic Systems: Theory and Application提出动态工业控制线性系统的故障诊断各种方法，尤其详细介绍了基于观测器的故障诊断方法，是故障诊断研究的基石。而对于实际的工业控制系统，大多的系统都是非线性系统，这些传统的方法对于非线性系统的灵敏度和鲁棒性都有很大的局限性。

为了解决工业控制系统的非线性系统，一些学者对此进行了研究。Zadeh于1965年创立模糊系统理论，随后模糊系统理论在工业控制非线性领域的获得了广泛的应用。王立新在文献Fuzzy Systems Are Universal Approximators 和Back-Propagation Fuzzy Systems As Nonlinear Dynamic System Identifier提出了基于误差反馈的模糊估计器来在线估计非线性系统的输出，并利用Stone-Weierstrass定理证明了其稳定性。误差反馈的模糊估计器分为三层，通过一定步长的智能学习后，即可固定其中的参数，然后投入在线运行以估计工业控制非线性系统的输出。

发明内容

本发明是针对传统的方法对于非线性系统故障诊断有很大的局限性的问题，提出了一种基于模糊理论的非线性时滞离散系统故障诊断方法，是一种基于模糊系统理论中的误差反馈算法，针对一类同时包含已知线性部分与未知非线性部分的离散系统，通过状态观测器的设计，基于快速有效的误差反馈技术实现观测器在线自学习，在不重新改变现场工业控制系统的情况下，自动估计包含非线性和时滞的实际控制对象的实时输出，并与实际工业过程的输出做比较，从而达到较为满意的在线故障诊断效果。

本发明的技术方案为：一种基于模糊理论的非线性时滞离散系统故障诊断方法，具体包括如下步骤：

1）搭建故障诊断系统：在现有工业控制系统的基础上，增加输入和输出监控模块、上位机和故障报警器，输入和输出监测模块采集现有工业控制系统输入和输出信号，将采集信号送入上位机，上位机判断故障后输出故障信号到故障报警器发出系统故障警报；

2）上位机实时监控现有工业控制系统的输入                                               和输出，根据现有工业控制系统已知的线性部分设计观测器；

3）上位机确定观测器增益的取值；

4）设计出观测器以后，在故障诊断的开始阶段采用误差反向传递算法来训练模糊估计器的参数；

5）确定故障报警的阀值；

6）故障诊断系统投入现有工业控制系统的正常工作中，输入和输出监控模块实时检测系统的输入和输出，上位机通过观测器加入误差反馈算法判断当前时刻的残差和阀值的大小，当大于时，故障诊断系统即发出故障报警。