基于k近鄰的傳感器故障隔離方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于工業過程監控與故障診斷領域，特別涉及基于k近鄰的傳感器故障隔 離方法。
【背景技術】
[0002] 對于過程監控和故障診斷問題，在傳統的多元統計過程監控（Multivariable StatisticalProcessMonitoring,MSPM)方法的框架下，主要米用貢獻圖（Contribution Plot，CP)和基于重構的貢獻（Reconstruction-basedContribution，RBC)方法進行故障 隔離。然而，這兩種方法都存在故障干擾現象，即故障傳感器可能會影響非故障傳感器對應 的貢獻指標，從而導致誤隔離。另外，這兩個主要故障隔離方法都無法隔離多傳感器故障。 本發明方法將解決這些問題。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在針對現有技術的不足，提供一種基于k近鄰的傳感器故障隔離方 法，在原始測量空間根據樣本與近鄰之間累計距離定義故障貢獻指標，從而避免故障干擾 問題，實現故障傳感器準確地隔離。
[0004] 本發明提出的基于k近鄰的傳感器故障隔離方法，包括以下各步驟：
[0005] 步驟一：故障檢測。收集過程正常運行工況的數據，根據正常數據之間的k近鄰距 離建立監控控制限；對于在線測量數據，計算在線數據與正常數據集的k近鄰距離，然后與 所建立的控制限比較，判斷是否發生異常。
[0006] 步驟二：故障隔離。對于步驟一判定為異常的在線測量數據樣本，進一步辨識造成 異常的故障傳感器。將該在線測量數據樣本與近鄰的累積距離進行分解，并將每一個分量 作為隔離指標用于辨識故障傳感器，最大指標對應的傳感器為故障傳感器。
[0007] 步驟一所述的故障檢測過程如下：
[0008] 1)利用多傳感器數據采集系統收集過程正常工況運行下的監測數據構成數組
【主權項】
1. 一種基于k近鄰的傳感器故障隔離方法，其特征在于該方法包括以下各步驟： 步驟一、故障檢測：首先進行離線建模，即收集過程正常運行工況的數據，根據正常數 據之間的k近鄰距離建立監控控制限；然后在線檢測，對于在線測量數據，計算在線數據與 正常數據集的k近鄰距離，然后與所建立的控制限比較，判斷是否發生異常； 步驟二、故障隔離：對于步驟一判定為異常的在線測量數據樣本，進一步辨識造成異常 的故障傳感器，將該在線測量數據樣本與近鄰的累積距離進行分解，并將每一個分量作為 隔離指標用于辨識故障傳感器，最大指標對應的傳感器為故障傳感器。
2. 根據權利要求1所述的基于k近鄰的傳感器故障隔離方法，其特征在于步驟一所述 的故障檢測過程具體如下： 1) 利用多傳感器數據采集系統收集過程正常工況運行下的監測數據構成數組 X= [Xl，x2;…，X」e ，其中，m表示過程監控變量的個數，n表示所收集正常工況下樣本 個數，XiG1TV= 1，…，n表示第i個正常樣本，每個過程監控變量的樣本方差為< ; 2) 計算每個訓練樣本的k近鄰距離，并確定檢測控制限 2. 1)從數據集X中找每個樣本k個近鄰 di，j= ||xi-Xjl|2,j= 1，…，n，j關i(1) 其中，II? ||2表示12范數，即歐式距離； 2. 2)計算每個樣本Xi與其k近鄰之間的平均距離
(2)： 2. 3)確定檢測控制限
(3) 其中，1^，z= 1，…，是對g，z = 1,…，n.按降序重新排列的序列，丨"(1-4表示取n(1-a) 的整數部分，a表示置信水平； 3) 對于在線采集測量數據ye 3. 1)根據式⑴從數據集X中找y的k近鄰； 3. 2)根據式（2)計算y與k近鄰之間的平均距離g; 3. 3)比較g與式⑶中所建立的檢測控制限巧之間的大小，如果g>它，則說明過 程異常并報警；如果g ，則說明過程正常運行。
3.根據權利要求1所述的基于k近鄰的傳感器故障隔離方法，其特征在于步驟二所述 的故障隔離過程具體如下： 1)在線采集測量數據yeIRm，它的k近鄰累積距離g為 (4) 其中，f是li的矩陣轉置，€ 1表示單位矩陣的i列； 2) 將y的k近鄰累積距離g分解m個分量之和，第i個分量為
⑶； 3) 計筧毎個分量貢獻的閾倌Y..
(6); 4) 辨識故障傳感器，貢獻量< 超過設定閾值、的傳感器為故障傳感器 、
, (7); 根據式（7)的結果，判定集合F包含的所有傳感器為故障傳感器。
【專利摘要】本發明公開了基于k近鄰的傳感器故障隔離方法，屬于工業過程監控與診斷技術領域。本發明只需要正常數據用于建模，當在線測量數據顯示過程異常時，首先，在正常工況數據集中找與該在線測量數據最近的k個數據樣本；然后，分別計算在線測量數據的每個分量與k近鄰樣本的累積距離，將累積距離作為指標用于隔離；最后，指標超過設定閾值的傳感器判定為故障傳感器。相比于現有的其他方法，本發明方法可以保證正確地隔離傳感器故障。
【IPC分類】G05B23-02
【公開號】CN104615123
【申請號】CN201410810167
【發明人】楊春節, 周哲, 文成林
【申請人】浙江大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月23日