[发明专利]一种基于替代数据法的工业过程非线性检测方法

权利要求书

1.一种基于替代数据法的工业过程非线性检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，采集一组待检测工业过程的回路输出信号；

步骤2，计算信号的倒双相干谱函数；具体步骤如下：

步骤2-1，将信号x(n)平均切分为M个重叠率为25％～75％的信号段，然后进行数据预处理，所述预处理为：将每个信号段中的信号减去该信号段中的信号均值，然后采用窗函数加窗处理；

步骤2-2，分别对每一信号段进行离散傅里叶变换，得到相应的频谱函数Z_i(f)，并根据如下公式估计信号x_t的双谱函数，

其中，B(f₁，f₂)表示信号双谱函数估计量，i表示第i个信号段，f₁和f₂为双谱函数的频域自变量，表示Z_i(f)的共轭函数；

步骤2-3，根据原信号双谱函数，计算其双相干谱，具体公式为：

其中，P(f₁，f₂)表示信号的双相干谱函数估计量；

步骤2-4，计算信号的倒双相干谱函数估计量，公式如下所述：

其中，bhc(n₁，n₂)表示信号的倒双相干谱函数估计量，n₁和n₂表示离散的时域自变量，j表示虚数单位；

步骤3，根据所求取的倒双相干谱函数计算信号的非线性统计指标；

步骤4，在置信水平1-α下，利用LMD-RP替代数据法构造K组原信号的替代数据，其中，α表示显著性水平；具体步骤如下：

步骤4-1，首先利用局部均值分解算法(LMD)将原信号x(n)分解为p组分解子信号PF_k(n)，k＝1，...，p，以及一项残余信号u_p(n)，用公式表示为：

步骤4-2，利用随机相位(RP)替代数据法处理每一项分解子信号，得到p组替代子信号

步骤4-3，原信号的一组替代数据由如下公式计算得到：

步骤4-4，重复步骤4-1、4-2和4-3，得到K组替代数据，其中K＝1/α-1；

步骤5，重复步骤2与步骤3，求取各组替代数据的非线性统计指标；

步骤6，综合原信号与各组替代数据的非线性统计指标，完成单边假设测试，并在假设检验的框架下判定待检测控制回路是否存在非线性。

2.根据权利要求1所述基于替代数据法的工业过程非线性检测方法，其特征在于，步骤3中，在控制回路为线性的前提下，倒双相干谱bhc(n₁，n₂)满足仅在n₁＝0，n₂＝0或n₁＝n₂时取非零值的特性，非线性统计指标具体公式如下：

其中，Θ为所设计的非线性统计指标，K为统计指标计算上界。

3.根据权利要求1所述基于替代数据法的工业过程非线性检测方法，其特征在于，步骤4-2中，随机相位(RP)替代数据法具体构造方法如下：

步骤4-2-1，输入原始序列p[n]＝PF_k(n)，n＝1，...，N，计算原序列p[n]的离散傅里叶变换z[f]，具体公式如下：

其中，f＝1，2，...，N；

步骤4-2-2，随机化相位，具体公式如下:

其中，表示相位0到2π之间的随机值；

步骤4-2-3，将对称化，具体公式如下：

其中，θ＝1，...，floor(N/2)，是的共轭复数，当N为偶数时，又有如下规定：

步骤4-2-4，将进行逆傅里叶变换得到原序列p[n]的替代数据p^s[n]，具体公式如下：

其中，n＝1，2，...，N。

4.根据权利要求1所述基于替代数据法的工业过程非线性检测方法，其特征在于，步骤4中，所述的置信水平1-α中，α默认取值为0.05。