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基于数据分析的传感器故障诊断方法研究

作　者: 马彩君
导　师: 田学民
学　校: 中国石油大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 传感器故障诊断核主元分析相似度法核独立元分析费舍尔判别分析
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 433次
引　用: 3次
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内容摘要

本文主要针对传感器故障检测和诊断方法展开深入研究,并将所研究的方法应用于仿真的CSTR模型,对检测和诊断结果进行分析。主要内容如下:对基于主元分析的方法进行了综合的研究:从故障检测、故障诊断、故障重构以及基于核主元分析的故障检测方法。指出了基于贡献图法故障诊断的不足及采用相似度法的改进措施,和传统的贡献图法比较,相似度法通过计算传感器实际测量数据与故障库中故障数据库中数据的夹角的余弦,能够在线辨识出控制变量传感器故障。比较了主元分析与核主元分析的检测效果,证明核的方法更适于提取故障信号的非线性特征。为了解决数据的非高斯性问题,引入独立元分析(ICA)方法对独立元进行分离和特征提取。然后通过建立I 2, I e2和SPE三个参数统计,采用一种核密度估计的方法确定控制限来实现故障检测,通过贡献图来实现故障诊断。考虑到数据中复杂的非线性关系,提出将核独立元分析应用于传感器故障检测。实验结果验证了核独立元分析法在故障检测方面的可行性和优越性。最后采用费舍尔判别分析的方法,该方法在建模时考虑到了故障类之间的信息,在故障诊断方面比PCA更具有优势。

全文目录

中文摘要  4-5
英文摘要  5-9
第1章前言  9-16
  1.1 课题研究的目的和意义  9-10
  1.2 课题的发展现状  10-14
    1.2.1 硬件冗余法  10-11
    1.2.2 解析冗余法  11
    1.2.3 神经网络方法  11-12
    1.2.4 基于数据的方法  12-13
    1.2.5 基于数据融合的方法  13-14
  1.3 课题研究的思路  14
  1.4 课题研究的内容  14-16
第2章传感器故障分类及仿真对象介绍  16-23
  2.1 传感器的故障类型  16-17
  2.2 CSTR 仿真对象介绍  17-23
    2.2.1 CSTR 连续搅拌模型  17-19
    2.2.2 控制方案的介绍  19-20
    2.2.3 闭环控制系统仿真  20-21
    2.2.4 故障描述  21-23
第3章主元分析在传感器故障诊断中的应用  23-43
  3.1 基于主元分析的方法  23-32
    3.1.1 主元分析法  23-26
    3.1.2 基于主元分析故障检测  26-28
    3.1.3 基于贡献图的故障辨识  28-29
    3.1.4 基于相似度方法的故障辨识  29-30
    3.1.5 基于主元分析的故障重构  30-32
  3.2 基于核主元分析的方法  32-35
    3.2.1 核主元分析法  32-33
    3.2.2 基于核主元分析的故障检测  33-34
    3.2.3 PCA 与KPCA 对比  34-35
  3.3 仿真结果与分析  35-43
    3.3.1 基于贡献图法的故障诊断  35-40
    3.3.2 基于相似度方法的故障诊断  40-41
    3.3.3 故障重构  41-43
第4章独立元分析在故障诊断中的应用  43-60
  4.1 基于独立元分析的方法  43-52
    4.1.1 独立元分析法  44-47
    4.1.2 独立主元选取方法  47-49
    4.1.3 基于独立元分析的故障诊断  49-52
  4.2 基于核独立元分析的方法  52-55
  4.3 仿真结果与分析  55-60
    4.3.1 基于ICA 的仿真  55-58
    4.3.2 基于PCA、ICA 及KICA 的仿真结果比较  58-60
第5章费舍尔判别分析在故障诊断中的应用  60-68
  5.1 费舍尔判别分析(Fisher Discriminant Analysis）  61-63
    5.1.1 FDA 基本原理  61-63
    5.1.2 故障诊断  63
  5.2 仿真应用  63-68
第6章结论与展望  68-71
  6.1 研究工作总结  68-69
  6.2 研究工作展望  69-71
参考文献  71-76
致谢  76-77
个人简历、在硕士期间的研究成果  77

基于数据分析的传感器故障诊断方法研究

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