[发明专利]一种基于噪声辅助的工业控制回路间歇振荡检测方法

说明书

一种基于噪声辅助的工业控制回路间歇振荡检测方法，包括：(1)采集待检测控制回路的过程输出信号；(2)构造l维高斯白噪声信号，与单通道的采集信号组合，得到l+1维合成信号；(3)利用多维本质时间尺度分解算法对得到的l+1维合成信号进行分解；(4)剔除属于噪声通道的分解信号，计算原信号通道中分解子信号的零交叉点规律性指标(5)综合上述得到的规律性指标，判断最终分解结果中每个子信号是否为振荡信号，振荡是否表现间歇性，最终得出工业控制回路间歇振荡检测结果。本发明能够对工业过程控制回路间歇振荡行为进行定量检测，同时获得各个振荡分量的规则程度和周期，为振荡行为的评价和故障源诊断提供丰富的数据支持。

技术领域

本发明涉及工业控制系统中的性能评估领域，尤其是涉及一种基于噪声辅助的工业控制回路间歇振荡检测方法。

背景技术

现代工业过程设备具有规模大、综合度高、操控复杂、变量多，且长时间运行在闭环控制下等特点。工业常见的化工生产过程，往往包含成千上万个控制回路，而且，这些回路由于耦合关系而互相影响。由于工业控制回路中控制器过整定、外部扰动和调节阀非线性工作等特性的普遍存在，控制回路的振荡行为时常发生，这极大地影响了工业流程设备运行的经济效益和稳定性。

对工业流程设备进行初步准确的振荡检测可以减少废品生产量，降低不合格率，增加工业流程设备运行过程中的可靠性、安全性，同时降低制造成本。许多控制器在运行初期还能保持良好的性能，但随着时间的推移，由于外部干扰因素或设备自身问题的影响，控制器的性能会逐渐降低甚至失效，具体表现为控制回路过程发生各类振荡行为，其中一些强度较大的振荡还可能传播至其它耦合回路，形成多回路厂级振荡，从而威胁到工业过程的安全稳定运行。

另一方面，由于实时环境中设备负载和工况经常发生变化，工业过程还表现出非平稳数据特性的一面，具体表现为过程数据的局部均值迁移现象。对于重要的控制回路，及时发现其运行过程的振荡特性有助于工程人员进行故障诊断和排查。

因此，在工业控制系统性能评估过程中，设计有效的在线监控手段，及时、准确检测出控制回路中非平稳过程数据的各类振荡成分，并区分出各自不同的频率范围，以及是否传播影响到多个回路，对于控制器性能评估和控制回路故障诊断都有着重要意义。

目前基于时域分解技术的方法(如经验模式分解、本质时间尺度分解等)可以有效应用于非线性、非平稳过程处理。然而这些方法，在处理具有噪声或者多重振荡的单回路输出数据时往往出现分解结果模式混叠或者关键物理信息丢失等现象。

发明内容

本发明提供了一种基于噪声辅助的工业控制回路间歇振荡检测方法，能够适用于存在时变振荡、多周期振荡和间歇振荡等行为的工业控制回路过程，检测方法普遍适用于非平稳或平稳的过程数据，只需获取常规运行数据，无需过程机理知识。

一种基于噪声辅助的工业控制回路间歇振荡检测方法，包括如下步骤：

(1)采集待检测控制回路的过程输出信号；

(2)构造l维高斯白噪声信号，与单通道的采集信号组合，得到l+1维合成信号，l为大于2的正整数；

(3)利用多维本质时间尺度分解算法对得到的l+1维合成信号进行分解；

(4)删除分解结果中在噪声信号通道上的子信号并保留采集信号通道上的分解结果作为最终分解结果，然后根据最终分解结果的自相关函数零交叉点平均周期和幅值规律分别计算振荡指标和间歇振荡指标；

(5)综合上述得到的规律性指标，判断最终分解结果中每个子信号是否为振荡信号，振荡是否表现间歇性，最终得出工业控制回路间歇振荡检测结果。