基于狀態(tài)估計的石化過程故障診斷與預(yù)報方法研究.pdf

1、石化生產(chǎn)過程具有高溫高壓、易燃易爆、有毒有害等特點，未及時發(fā)現(xiàn)和排除故障將會導(dǎo)致重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，甚至影響生態(tài)環(huán)境。因此研究過程故障診斷和預(yù)報技術(shù)具有重要現(xiàn)實意義。本文以連續(xù)生產(chǎn)過程為背景，針對多變量、非線性以及非高斯性等問題，基于狀態(tài)估計方法研究并提出了新的過程故障診斷和預(yù)報方法，并通過仿真研究對方法的有效性進(jìn)行了驗證和分析。
　　 首先，為了考慮多維觀測數(shù)據(jù)的時序自相關(guān)性和變量互相關(guān)性，利用低維特征捕捉過程動態(tài)特性，提

2、出一種基于典型變量分析狀態(tài)殘差的故障檢測方法。首先利用觀測數(shù)據(jù)建立典型變量分析模型，然后提取過程狀態(tài)，估計狀態(tài)空間矩陣，從而建立子空間模型。將典型變量分析模型估計的狀態(tài)與子空間模型估計的狀態(tài)進(jìn)行對比獲得殘差，設(shè)計多元統(tǒng)計量監(jiān)控殘差的變化趨勢。在連續(xù)攪拌反應(yīng)器上的仿真研究表明，所提方法能夠根據(jù)低維特征信息更快速更靈敏地檢測到故障。
　　 其次，針對非線性多變量過程，提出兩種基于unscented卡爾曼濾波新息特征的故障診斷方法：多

3、變量序貫概率比檢驗方法和信息散度方法。利用unscented卡爾曼濾波器產(chǎn)生預(yù)測新息，對新息特征進(jìn)行深入研究。多變量序貫概率比檢驗方法通過構(gòu)造對數(shù)概率似然比統(tǒng)計量和判決規(guī)則監(jiān)控過程的運行狀態(tài)。為了進(jìn)一步考慮預(yù)測新息中的非高斯特征，信息散度方法利用核密度估計計算多元新息的概率分布，設(shè)計信息散度統(tǒng)計量監(jiān)控過程的運行狀態(tài)。利用對稱信息散度計算待診斷過程與故障庫中各類故障之間的距離，識別故障類型。在連續(xù)攪拌反應(yīng)器上的仿真結(jié)果表明，提出的方法能夠

4、有效監(jiān)控過程變化，正確識別故障類型。
　　 針對未知非線性系統(tǒng)故障預(yù)報問題，提出一種基于支持向量機(jī)新息預(yù)測的改進(jìn)卡爾曼預(yù)測方法。通過典型變量分析子空間辨識算法獲得未知非線性系統(tǒng)的局部線性化模型，利用該模型和卡爾曼濾波器對過程進(jìn)行跟蹤和預(yù)測，并利用支持向量機(jī)時間序列預(yù)測算法預(yù)測未來新息，基于未來新息修正卡爾曼單步和多步預(yù)報。在連續(xù)攪拌反應(yīng)器上的仿真研究表明，所提方法能夠準(zhǔn)確預(yù)測過程的動態(tài)變化趨勢，提前預(yù)報故障狀態(tài)。
　　

5、最后，為了增強(qiáng)unscented卡爾曼濾波對故障過程的跟蹤和預(yù)報能力，提出一種基于模糊自適應(yīng)unscented卡爾曼濾波的預(yù)測器。根據(jù)預(yù)測效果調(diào)節(jié)狀態(tài)誤差協(xié)方差矩陣和卡爾曼增益，增強(qiáng)unscented卡爾曼濾波器對故障過程的跟蹤能力。針對過調(diào)節(jié)導(dǎo)致的跟蹤波動較大問題，設(shè)計Takagi-Sugeno模糊邏輯系統(tǒng)平滑調(diào)節(jié)。仿真研究表明，模糊自適應(yīng)濾波器能夠在保證強(qiáng)跟蹤能力的同時實現(xiàn)平滑跟蹤，基于模糊自適應(yīng)濾波的預(yù)測器能夠精確預(yù)測未來過程輸出