[发明专利]面对含有未知扰动的工业系统的数据驱动鲁棒故障诊断方法

权利要求书

1.面对含有未知扰动的工业系统的数据驱动鲁棒故障诊断方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

步骤一、测量工业系统在正常工况下的输入信号u以及输出信号y，根据给定的样本组数N，过去步长s_p和未来步长s_f构造汉克尔矩阵U_p,N、U_f,N、Y_p,N和Y_f,N；

其中，U_p,N是用过去步长s_p构建的输入信号汉克尔矩阵，Y_p,N是用过去步长s_p构建的输出信号汉克尔矩阵，U_f,N是用未来步长s_f构建的输入信号汉克尔矩阵，Y_f,N是用未来步长s_f构建的输出信号汉克尔矩阵；

步骤二、根据步骤一中构造的汉克尔矩阵U_p,N、U_f,N、Y_p,N和Y_f,N，计算中间变量矩阵M_f,N和Z_p,N；

所述中间变量矩阵M_f,N为：

其中，中间变量矩阵

所述中间变量矩阵Z_p,N为：

其中，上角标T代表矩阵的转置；

步骤三、将未知扰动的子空间描述为D_b,N，对矩阵做LQ分解；

步骤四、根据LQ分解结果计算中间变量矩阵和

所述步骤四的具体过程为：

其中，L₃₁、L₃₂、L₃₃、L₄₁、L₄₂和L₄₃均为进行LQ分解得到的下三角矩阵中的子块；

步骤五、根据中间变量矩阵和确定数据驱动闭环稳定核表示

步骤六、根据计算残差r_d,k；

步骤七、利用卡方分布表确定χ_α，并基于χ_α设置阈值J_th；

所述步骤七的具体过程为：

prob{χ＞χ_α}＝α

其中，α为常数，prob{χ＞χ_α}表示χ＞χ_α的概率，则设置阈值J_th为：

J_th＝χ_α/2

步骤八、采集工业控制系统在线数据进行监测

设置窗口宽度为k_w，分别计算每个窗口内的残差和r_d,win(w)：

并基于各个窗口内的残差和，计算在线统计量：

其中，w表示第w个窗口，Σ_r为协方差矩阵；

步骤九、判断系统是否发生故障

若J≤J_th，则说明工业系统无故障，若J＞J_th，则说明工业系统有故障。

2.根据权利要求1所述的面对含有未知扰动的工业系统的数据驱动鲁棒故障诊断方法，其特征在于，所述步骤一的具体过程为：

其中，l表示输入信号的维数，m表示输出信号的维数，R为实数，表示矩阵U_p,N的行数为s_pl列数为N，表示矩阵U_f,N的行数为s_fl列数为N，表示矩阵Y_p,N的行数为s_pm列数为N，表示矩阵Y_f,N的行数为s_fm列数为N；

u_s,k和y_s,k分别为：

其中，u_k为输入信号在第k个采样点处的数据，为输入信号在第k+s_f-1个采样点处的数据，y_k为输出信号在第k个采样点处的数据，为输出信号在第k+s_f-1个采样点处的数据。