[发明专利]一种数据驱动的闭环系统稳定性监测方法

说明书

本发明提供一种数据驱动的闭环系统稳定性监测方法，属于数据驱动故障诊断和控制技术领域。本发明首先采集过去某时刻闭环系统的闭环数据构造汉克尔矩阵；对所构造的汉克尔矩阵进行Cholesky分解，求取归一化的稳定象描述和归一化的稳定核描述；再利用步骤三构造得到的稳定象描述计算稳定裕度；根据稳定裕度设置监测阈值，采集系统当前闭环数据，重复上述步骤得到系统当前归一化的稳定象描述和系统当前归一化的稳定核描述；并计算系统当前的间隙度量；最后结合监测阈值和系统当前的间隙度量对系统进行实时监测。本发明解决了现有技术缺乏对数据驱动的闭环系统稳定性监测的问题。本发明可应用于系统故障在线评估和监测。

技术领域

本发明属于数据驱动故障诊断和控制技术领域，具体涉及一种数据驱动的闭环系统稳定性监测方法。

背景技术

近年来，在计算机技术、电子、信息和通信技术快速发展的带动下，当今工业系统，例如化工生产、机械制造、能源系统等，在规模不断扩大的同时，集成化和复杂程度也变得越来越高。在复杂工业系统中，一个局部异常事件甚至都有可能导致整个工业系统性能下降或者导致重大的工业事故并造成巨大的经济损失。为了提高经济效益和保持行业竞争力，现代工业过程的安全性和可靠性成为了最关键的因素，并获得了学术界和工业领域的广泛关注。

在现有的基于模型的闭环反馈系统稳定性分析工具中，稳定裕度和间隙度量技术起到了至关重要的作用。但是由于这两项技术对系统模型的依赖，闭环反馈系统的稳定性往往只能离线进行分析，这使得系统故障对闭环系统稳定性的影响没有办法在线评估和监测。在现有的数据驱动故障诊断技术中：一方面，大多数方法仅仅考虑系统故障的监测和诊断问题，缺乏系统故障对闭环反馈系统稳定性影响的分析；另一方面，很少考虑和分析闭环数据中反馈控制器带来的数据间的耦合关系，严重影响了数据驱动故障诊断方法的实际应用效果。

发明内容

本发明为解决现有技术缺乏对数据驱动的闭环系统稳定性监测的问题，提供了一种数据驱动的闭环系统稳定性监测方法。

本发明所述一种数据驱动的闭环系统稳定性监测方法，通过以下技术方案实现：

步骤一、采集过去某时刻闭环系统的闭环数据，包括闭环系统的输入信号、输出信号以及参考输入信号；

步骤二、利用采集的数据构造汉克尔矩阵；

步骤三、对所构造的汉克尔矩阵进行Cholesky分解，构造系统的稳定象描述、系统的稳定核描述，并求取归一化的稳定象描述和归一化的稳定核描述；

步骤四、利用步骤三构造得到的稳定象描述计算稳定裕度；

步骤五、根据稳定裕度设置监测阈值，采集系统当前闭环数据，重复步骤二至步骤四，得到系统当前归一化的稳定象描述和系统当前归一化的稳定核描述；并计算系统当前的间隙度量；

步骤六、结合监测阈值和系统当前的间隙度量对系统进行实时监测。

作为对上述技术方案的进一步阐述：

进一步的，步骤二具体包括以下步骤：

步骤二一、利用反馈控制器K(z)＝(A,B,C,D)参数构造稳定滤波器其中，A为反馈控制器的系统矩阵，B为反馈控制器的输入矩阵，C为反馈控制器的输出矩阵，D为反馈控制器的直通矩阵；

步骤二二、通过下述公式计算得到滤波后的参考输入信号w(z)：

其中，ω(z)为参考输入信号；

步骤二三、选取维度参数s_p，s_f和N，构造关于系统滤波后的参考输入信号w(z)、输入信号u(z)、输出信号y(z)的汉克尔矩阵：