[发明专利]一种基于监控二阶统计量的传感器精度下降故障检测方法

权利要求书

1.一种基于监控二阶统计量的传感器精度下降故障检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：采集工业过程正常工况下的传感器测量数据，并将此传感器测量数据作为训练数据集；

步骤2：根据滑动时间窗口宽度，计算各个窗口内测量变量的样本方差，得到由测量变量二阶统计量构成的数据矩阵；

步骤3：建立步骤2所构造的数据矩阵的主元分析模型，并计算组合指标的故障检测控制限；

利用卡方分布近似计算组合指标的故障检测控制限如公式(3)所示：

其中，g和h为卡方分布的参数，S为V的协方差矩阵，Φ_v是对称且正定的，其计算公式如(4)所示：

其中，P_v是对V建立主元分析模型后得到的负载矩阵的前主元个数列构成的矩阵，Λ_v为相应特征值构成的对角矩阵，和分别为D_p和D_r两个统计量的控制限，D_p和D_r即为主元分析模型中T²和SPE两个统计量；

步骤4：将采集工业过程实时工况下的传感器测量数据作为测试数据，测试数据中的测量变量与步骤1中训练数据集的测量变量相对应；

步骤5：构造测试数据的二阶统计量向量，并利用步骤3中的主元分析模型进行计算，得到测试数据的故障检测组合指标；

步骤6：将步骤5中的故障检测组合指标的值与步骤3中的故障检测控制限进行对比，若故障检测组合指标的值超过故障检测控制限，则认为工业过程发生了传感器精度下降故障。

2.根据权利要求1所述的基于监控二阶统计量的传感器精度下降故障检测方法，其特征在于：在步骤2中，具体包括如下步骤：

步骤2.1：根据公式(1)，计算每个窗口的样本方差：

式中，k表示当前时刻，w是滑动时间窗口宽度，μ_i是x_i的样本均值，x_i(k-l)表示(k-l)时刻第i个传感器的测量值，即为当前时刻第i个传感器的样本方差；

步骤2.2：在当前时刻的数据窗口内，按照公式(1)依次求解m个传感器变量的方差，将得到的m个变量的方差组成一个向量，其格式如公式(2)所示：

步骤2.3：不断地移动窗口，每个窗口通过计算均得到一个向量，将所有窗口得到的向量按行排列构造成一个二阶统计量矩阵V。

3.根据权利要求1所述的基于监控二阶统计量的传感器精度下降故障检测方法，其特征在于：在步骤5中，根据式(5)计算测试数据的故障检测组合指标

其中，v_t代表测试数据当前时刻所有变量的方差构成的向量。

4.根据权利要求3所述的工业过程传感器精度下降故障检测方法，其特征在于：在步骤6中，当则认为工业过程发生了故障。