[发明专利]使用模糊逻辑检测和分类过程缺陷

说明书

交叉参考相关申请

本申请基于2011年7月14日递交的美国临时专利申请No.61/507,822，并要求其优先权，本文通过引用全文合并该申请的公开内容。

技术领域

本发明一般涉及应用模糊逻辑到分布控制系统，以便检测和分类电气机器的故障，诸如空气压缩机中的故障。

背景技术

模糊逻辑的一个定义陈述，模糊逻辑是从模糊集理论导出的多值逻辑的一种形式，用于处置近似的而不是精确的推理。而经典的命题逻辑有真（1）或假（0）两个真值，模糊逻辑变量有范围在0和1之间的真值，而不被局限于经典命题逻辑的两个真值。

在应用中，模糊逻辑不向用户提供二值输出或判定，即，“是”或“否”。相反，它提供一定程度的确定性或不确定性。虽然这可以认为是反直觉的，但模糊逻辑的使用，为做出涉及高度复杂的、自动化系统的判定，提供比经典二值系统好得多的基础。

模糊逻辑是建立在Lofti Zadeh的工作上的，他注意到，随着系统复杂性的增加，造成要精确陈述有关它的行为，变得更为困难，且终于不可能。本质上，人们走到模糊逻辑是解决给定问题唯一途径的复杂性的点上。

在非常过分单化的程度上，模糊逻辑能够被看成，如当驾驶员发现他自己处在有45mph速度限制的交通区时的操作。在确定行车速度中，驾驶员考虑多个数据点，包含在他后面和前面的驾驶员的动作、是否有更多交通进入该车流的点、如此等等。并不是所有驾驶员都按相同速度驾驶，而个别驾驶员对行车速度的选择，是基于当所有数据都被处理时做出的判定。与任一因素不存在简单的“如果-则”的关系。

模糊逻辑已经在许多不同系统控制和分析设计中被应用，在那里，变量的复杂的相互影响，不允许简单的“是/否”型解决方案。

应当解决的一个问题是，如何把模糊逻辑应用于复杂的系统，以便向操作员报警由于系统内的故障的潜在的自动停工。解决该问题将使操作员能确定故障是迫切的，停工和延迟能够被避免。

发明内容

本发明包括系统、方法、以及在分布控制系统（“DCS”）上执行模糊逻辑的计算机程序产品，分布控制系统监控电气机器（electricalmachine）的若干操作参数，以便提供将会导致电气机器自动停机的故障的发展的事先警告。该电气机器例如能够是在诸如空气压缩机中使用的电动机，或者能够是发电机。

本发明的上述和其他优点，在考虑附图和下面详细描述的优选实施例时，将变得显而易见，这些优选实施例作为说明和例子被提供，但不能以任何方式被认为是限制本发明。

附图说明

本发明将在下面更详细地并参照附图被描述，附图中：

图1示出设计模糊控制系统的现有技术方法；

图2提供饱和蒸汽供应系统的例子；

图3示出经典逻辑的真/假态，与模糊逻辑的有三角形形状的隶属函数（membership function）的比较；

图4示出经典逻辑的真/假态，与模糊逻辑的有梯形形状的隶属函数的比较；

图5提供组合的输出模糊集的模糊化（fuzzification），前项真值（antecedent truth value）的导出、隐含（implication）和聚集（aggregation）的例子；

图6示出使用模糊逻辑检测电气机器中故障的方法的步骤；

图7示出使用模糊逻辑分类电气机器中故障的方法的步骤；

图8是分布控制系统的方块图；

图9示出使用模糊逻辑检测电气机器中故障的模块；和

图10示出使用模糊逻辑分类电气机器中故障的模块。

具体实施方式

图1示出设计模糊逻辑控制器的方法100。在步骤110，用户定义控制器的输入和输出，该输入和输出包含过程观察和要被考虑的控制器动作。在步骤120，用户定义模糊化，借助该模糊化，输入被转换为真值。在步骤130，用户设计规则库，该规则库把输出链接到输入，确定哪种动作要被应用于哪种条件。在步骤140，模糊推理计算单元从该一个或多个模糊化真值导出前项真值，应用选定的规则加权和隐含方法，为每一项规则导出输出模糊集，并把全部输出模糊集聚集成组合的输出模糊集。最后，步骤150把该输出模糊集去模糊化（defuzzify），得到明确值（crisp value）。