[发明专利]流程工业的厂级控制回路振荡源定位方法

说明书

技术领域

本发明属于控制或调节系统领域，尤其是一种基于模型识别方法的流程工业厂级控制回路振荡源定位方法。

背景技术

由于现代过程工业日益复杂及控制器日常维护不足等方面的原因，电力、石油、化工、钢铁、造纸、水泥等工业过程普遍存在控制回路性能差的现象，国外有研究表明，工业过程中有1/3的控制回路处于振荡状态中。回路振荡是一种明显的控制性能退化的表现形式，有多种可能的原因会引起控制回路振荡：控制阀的非线性故障，如摩擦、死区、反冲及粘滞等现象；控制参数调整不适当，使得系统趋于不稳而引起振荡；来自外部振荡干扰和回路自身的反馈机制，这种情况通常在控制回路间有较强耦合关联的系统中见到，一个振荡源会通过耦合路径传递到其它回路中去；高度的非线性过程；在用的MPC控制器与对象模型不匹配。控制回路中振荡的存在将导致产品质量下降、能耗增加、设备磨损加快等一系列问题。尤其在现代企业规模日益扩大的情况下，控制回路数目成千上万，一旦由于某种异常因素(例如阀门出现了粘滞或外部扰动等)导致了在这样大的控制系统中的某一位置上发生了振荡，由于过程系统中的各个处理装置间存在着复杂的耦合，则这种出现在局部位置上的振荡将被快速传递扩散开来，产生所谓的“厂级控制回路振荡”现象。一旦“厂级控制回路振荡”出现，不但振荡的各种危害将被成倍的放大，而且还造成了原始的那个振荡源所在的控制回路被淹没在许许多多具有非常相似振荡特征的控制回路当中。也就是说，一旦“厂级控制回路振荡”出现，

如果没有一种行之有效的定位厂级控制回路振荡源的方法，将导致“厂级控制回路振荡”现象将在一个相当长的时间内存在。显然，要消除“厂级控制回路振荡”所引起的这种严重危害，首先要找到其来源，然后对其定性，最后根据不同的原因采取相应的措施，加以解决。值得一提的是，发电机组等大型过程装置的运行过程常常伴随十分苛刻的生产条件或环境,如高温、高压，因而运行的安全性十分重要。由此可见，定位厂级控制回路振荡源方法的研究对于电力、石油、化工、钢铁、造纸、水泥等工业过程的安全、稳定、高效地生产有十分重要的意义。因此，对于能够应用于实际过程对象的定位厂级控制回路振荡源的有效方法，其所具有的巨大的社会和经济效益将是不言而喻的。

目前，国内外有关厂级控制系统振荡源定位的方法主要有这样几种：SPCA方法、SICA方法、NMF方法、聚类方法(或称为：功率谱互相关分析法)、谱包络方法、基于转移熵的方法、基于互相关函数的方法、基于时域格兰杰因果性判断的方法等。我们通过仿真研究发现，上面这些方法都有一个共同的问题，就是对不同的仿真对象，它们的正确率都不高。

发明内容

发明目的：提供一种流程工业的厂级控制回路振荡源定位方法，以解决现有技术检测准确率不高的问题，以实现对厂级控制回路振荡源进行有效的定位。

技术方案：一种流程工业的厂级控制回路振荡源定位方法，包括如下步骤：

步骤1、针对多回路控制系统，构建一包含多个回路信号振荡的原始回路变量数据集；

步骤2、采用基于频域非负矩阵分解或频域独立成分分析方法处理所述原始回路变量数据集，提取出包含相同频谱基的一个或多个待检回路集；每个待检回路变量数据集中包含若干控制回路的变量，每个变量对应一个控制回路，所述变量包括回路的偏差、被控量和控制器输出量；

步骤3、在待检回路集中针对每一个回路，进行回路的控制器输出量和被控量的二维联合概率分布曲面的计算，获得对应每一个待检回路集中所有回路的控制器输出量和被控量的二维联合概率分布曲面上的最大值；

将每一个待检回路集中所计算出的各个回路的控制器输出量和被控量的二维联合概率分布曲面上的最大值按从小到大的次序进行排序，则每一个回路集的回路的控制器输出量和被控量的二维联合概率分布曲面上最大值的排序列表中，排在第一位的控制器输出量和被控量的二维联合概率分布曲面上的最大值所对应的回路，就是该回路集所包含的各个回路变量中所存在振荡的源。

有益效果：与现有的各种厂级控制回路振荡源定位方法相比，本发明进行厂级控制回路振荡源定位的准确性有了很大程度的提高。因此，利用本发明对厂级控制回路振荡源进行有效的定位，为消除厂级控制回路振荡所引起的严重危害提供了极大的便利。

附图说明