[发明专利]一种复杂化工过程中振荡信号的快速定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油、化工等流程工业控制系统故障诊断领域，特别地，涉及一种复杂化工过程中振荡信号的快速定位方法。

背景技术

现代制造业设备具有规模大、复杂度高、变量多，并在闭环控制下运行的特点。尤其对于复杂的化工过程，往往具有成千上万个回路，而且，这些回路互相影响，非线性强。对这些设备进行早期的和准确的故障检测与诊断可以减少停产时间，增加设备运行的安全性，并减少制造成本。然而，只是传统的性能监控和故障检测并不能有效改善设备性能，缺乏故障定位的检测仍然无法提供恢复和提高性能所应该采取的措施。

关于大规模设备和过程的故障路径分析和故障定位的主要技术来自于两种思路：一种是分析厂级大规模回路的振荡检测和振荡源定位；另一种是基于概率统计的方法，通过信号分析得到故障信号的传播路径。基于振荡信号分析主要利用到相关性分析技术和谱分析技术，这一技术的一个前提是信号出现明显的振荡。而在实际应用中，大规模的厂级振荡是不允许发生的，从而使得这一方法的使用效果受到限制，不能在故障较为轻微的早期阶段得到故障源信息。另一种基于转移熵极其相似技术获取大规模系统中的信号传递路径，例如Bauer 等人在文献(Bauer，M.，J.W.Cox，et al.(2007).″Finding the direction of disturbance propagation in a chemical process using transfer entropy.″IEEE Transactions on Control Systems Technology 15(1)：12-21.)中利用转移熵获取因果关系图，从而判断回路间的因果关系。这一方法的局限在于它需要复杂的概率密度函数估计，这会导致计算复杂度大幅上升并且计算准确度取决于较多参数的选取，这对于动态特性复杂多样且未知的系统来说，实际应用有比较大的困难。另外一种利用互相关分析计算时间序列延迟的方法较为简易实用，但是它对于非线性强的系统性能不佳，而且只利用操作数据，在没有外部激励的情况下，信号传递的准确时延仍然是一个没有得到很好解决的技术难题。

针对实际情况，一种能够实用于非线性、强耦合系统，无需复杂的计算和过程机理知识，能够在故障发生初期诊断出故障源的方法有助于提高系统性能维护效率，实现局部调整和故障预防，对于延长预测控制系统寿命，提高经济效益具有重要的实用价值。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供复杂化工过程中振荡信号的快速定位方法。

复杂化工过程中振荡信号的快速定位方法，其特征在于它的步骤如下：

1)记所要分析的变量数据用矩阵方式表示为X＝[x₁ x₂…x_K]，其中x_i为由变量测量数值构成的行向量，选取阶次n，3≤n≤7，则n个不同数值按大小有n！个不同排列，记为s_k，k＝1，2，...，n！，将变量x_i相邻n个数值作为一组，并根据他们的排列变换为符号序列，得到符号化后的矩阵，记为∏＝[π₁ π₂…π_K]；

2)对于任意两个符号变量π_i、π_j，将π_j前移d个采样单位，移动后的符号变量记为π_j(d)，其中d从1逐渐递增，计算π_i到π_j的有向符号互信息，记为I_i→j(d)，计算方法如下：