復(fù)雜化工過程的調(diào)控流圖建模方法及故障診斷技術(shù)研究.pdf

1、化工過程中涉及多個(gè)變量、多種單元操作設(shè)備和傳熱、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)等多種過程。變量之間關(guān)系復(fù)雜、過程機(jī)理復(fù)雜以及過程的多尺度都會(huì)為故障診斷帶來一定的難度。為了適應(yīng)化工生產(chǎn)過程信號(hào)的高噪聲、維數(shù)高、強(qiáng)相關(guān)、非線性的特點(diǎn)，在復(fù)雜化工過程故障診斷方法的研究中，將復(fù)雜系統(tǒng)建模技術(shù)融入其中以及將定性模型與定量模型有機(jī)地結(jié)合都是必然的發(fā)展趨勢(shì)。
　　 針對(duì)復(fù)雜化工過程故障監(jiān)測(cè)與故障診斷問題，本文以實(shí)體語法系統(tǒng)為理論框架，建立了調(diào)控流圖(RFG)

2、、定性調(diào)控流圖、調(diào)控流圖定性仿真系統(tǒng)的形式化定義。
　　 針對(duì)復(fù)雜化工過程建模前所具備的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，建立了調(diào)控流圖的三種建模方法，分別為基于工藝流程圖的建模、基于數(shù)學(xué)模型的建模和基于連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的建模。基于工藝流程圖的建模方法可用以直接建立化工過程的定性調(diào)控流圖模型，基于已有數(shù)學(xué)模型的建模方法可用以建立化工過程的定量調(diào)控流圖模型，基于連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的建模方法可以結(jié)合粒子群等參數(shù)估計(jì)算法用以建立表達(dá)化工過程外在特征的定量調(diào)控流圖模型。

3、
　　 為了使定性、定量模型之間可以相互轉(zhuǎn)換，本文推導(dǎo)了調(diào)控流圖通用動(dòng)力學(xué)方程，結(jié)合S—系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，建立了兩類模型互相轉(zhuǎn)換的兩套方法，為定性、定量相結(jié)合的復(fù)雜化工過程建模提供了基礎(chǔ)。以CSTR系統(tǒng)為例，探討了三種建模方法的具體應(yīng)用。
　　 針對(duì)定性調(diào)控流圖的分析問題，本文建立了調(diào)控流圖的定性仿真、故障監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)。并以CSTR過程、TE過程和原油蒸餾過程為例，研究了三種技術(shù)的可行性。
　　 定性仿真技術(shù)

4、以調(diào)控流圖定性仿真系統(tǒng)為基礎(chǔ)，利用Datalog語言實(shí)現(xiàn)基于調(diào)控流圖模型的自動(dòng)推理。這一技術(shù)通過對(duì)變量取值空間的界定，有效解決了環(huán)的問題、多途徑調(diào)節(jié)問題以及多重仿真問題，為基于調(diào)控流圖的仿真奠定了基礎(chǔ)。
　　 故障監(jiān)測(cè)技術(shù)在定量調(diào)控流圖模型的基礎(chǔ)上，通過仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的差異進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)。復(fù)雜化工過程傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型由于模型復(fù)雜、計(jì)算量大，限制了這一思路的應(yīng)用。本文基于連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)學(xué)的調(diào)控流圖作為一類唯象模型，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)算

5、速度快的特點(diǎn)，有效克服了這一瓶頸問題。
　　 故障診斷技術(shù)以定性調(diào)控流圖為基礎(chǔ)，通過調(diào)控流圖的定性仿真獲得每個(gè)故障的傳播途徑及對(duì)每個(gè)觀測(cè)變量的影響，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)建立從監(jiān)測(cè)變量推斷故障的故障診斷模型。復(fù)雜化工過程的定性模型由于變量多、關(guān)系復(fù)雜，在反向推理過程中容易出現(xiàn)不確定性的結(jié)果，且計(jì)算量大，容易出現(xiàn)組合爆炸的問題，難以用到生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)故障診斷中。本文基于定性調(diào)控流圖的故障診斷通過數(shù)據(jù)挖掘離線建立故障診斷模型，在生產(chǎn)過程中

6、直接應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的故障診斷模型，具有速度快、判斷直接的特點(diǎn)，在一定程度上解決了這一問題。
　　 在研究過程中，本文探討了調(diào)控流圖與系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、SDG建模方法等相關(guān)理論與技術(shù)方法的關(guān)系，并探討了化工過程故障診斷與復(fù)雜系統(tǒng)涌現(xiàn)性的關(guān)系。調(diào)控流圖作為一種新的復(fù)雜化工過程建模方法，繼承了實(shí)體語法系統(tǒng)的形式化特點(diǎn)，融合了多種方法的優(yōu)點(diǎn)，并有效地集成了定性仿真技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、參數(shù)估計(jì)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)定性定量模型的相互轉(zhuǎn)化，為復(fù)雜化工過程的