基于混沌理论的动态系统故障检测研究与发展

混沌理论是一种用于描述确定非线性系统内在随机性的一种数学方法。作为确定论和概率论的桥梁，混沌理论具有对初始条件敏感、短期可预测等特点，近年来在各工程领域得到应用。基于混沌理论的故障检测是混沌理论应用的一个重要方面。本文在简单介绍混沌原理的基础上，分类介绍了基于混沌理论的各种故障检测方法及其研究现状，探讨了这一领域中有待进一步研究的若干问题。     

基于PCA相似度和谱聚类相结合的高炉历史数据聚类

将主元分析(principal component analysis, PCA)模型相似度(以下简称PCA相似度)和谱聚类(spectral clustering)算法相结合,并用于基于高炉历史数据挖掘的炉况工作点变化的分析。利用PCA相似度与距离相似度的加权来衡量滑窗数据集之间的相似度,进一步将数据集的聚类问题转化为图的最优划分问题,通过谱聚类得到聚类结果。该方法降低了高炉工作点漂移的影响,能够有效稳定的实现高炉炉况工作点的聚类。基于现场历史数据的离线测试表明:与已有的基于PCA相似度和k-means聚类的算法对比,本研究可以更加有效区分炉况工作点的跳变。     

混沌检测法在超声波流量计中的应用

针对时差法超声波流量计产生粗大误差的根源,本文提出了一种新的超声信号处理方法。该方法利用Duffing混沌振子对小信号的敏感性及对强噪声的免疫力,对微弱超声信号进行检测。实验表明,在强噪声的干扰下,混沌检测法能够对微弱超声信号的强弱区间进行有效的区分,可以剔除回波信号非常微弱的时间段。在超声波流量计的信号处理中采用该方法不仅能够避免粗大误差的产生,扩展时差法的使用范围,还能提高测量精度。     

传感器网络中带有一致性策略的分布式H∞滤波:考虑一致性跟踪误差

现有的带有一致性策略的分布式 滤波方法包含两个步骤:与相邻传感器节点交互通信的一致性步骤, 以及本地滤波步骤. 本文分析了一致性跟踪误差对于本地估计误差的影响, 并针对此影响, 提出了新的分布式H∞滤波方法. 当采样周期中一致性迭代次数有限时, 本文提出的方法能够抑制一致性跟踪误差对本地估计误差的影响;当采样周期中一致性迭代次数趋于无穷, 即一致性跟踪误差收敛到零时, 本文提出的分布式算法中的本地滤波就等价于集中式滤波. 仿真表明了本文方法的有效性.     

Duffing振子的Lyapunov指数与Floquet指数研究

针对现有基于Duffing振子的信号检测与估计方法在确定振子相变临界阈值和Floquet指数曲线的临界分岔处位置两方面所存在的问题,本文在更大范围上对Duffing振子的Lyapunov指数曲线进行了研究,提出了振子相变临界阈值的改进判定方法和利用Lyapunov指数曲线来获得Floquet指数曲线临界分岔处的方法.理论分析和仿真结果表明,上述改进在不增加系统误报率的前提下,能有效降低系统的漏报率.     

基于混沌Duffing振子的表面粗糙度监测方法

表面粗糙度是评价产品精度和进行零件设计的重要指标.近年来工件表面粗糙度的监测受到国内外研究者的广泛关注.文中针对实际切削过程中许多参数难以准确获得的问题,在混沌Duffing振子微弱周期信号检测与估计方法的基础上,提出基于Duffing振子的工件表面粗糙度监测方法.实验切削系统的现场数据处理结果验证了该方法的有效性.     

液体管道实时仿真与动态响应分析

在液体管道输送中,管内流动状态的监测对于管道运行具有重要的意义。基于管道模型,通过仿真方法研究了管内流动状态预测,并进一步研究了管道边界条件对仿真计算结果的影响。理论分析和仿真结果均表明：边界条件直接影响仿真的输出波形,并且会影响仿真的动态特性。对在线仿真而言,采用压力作为边界条件可以获得更快的响应速度,从而可以提高基于实时仿真方法的泄漏检测系统的响应速度。所得结论对基于实时模型的泄漏检测方法中边界条件的选择具有指导意义。     

瞬变流能量损耗对管道泄漏检测的影响

管道泄漏检测是管道安全管理的重要方面,基于实时仿真的泄漏检测方法是管道泄漏检测的技术路线之一。传统的瞬变流模型采用拟定常假设,对管道内的能量衰减描述不够准确,易导致模型的预测值和测量值出现较大偏差。本文在总结管道模型进展基础上,研究瞬变流能量损耗对仿真的影响和基于瞬变流模型的泄漏检测方法。结果表明,采用瞬变切应力模型能够更准确地描述管道内的能量衰减,更好地实现基于模型的泄漏检测。     

带有切换控制器的闭环单输入单输出系统的数据集信息充足特性分析(英文)

Closed-loop identification is important and necessary to various model-based advanced process control strategies, whose performance depends greatly on the informative property of the data set. Switching control is an important method in process control. Therefore, this paper studies the informative property of a data set in a single-input single-output (SISO) closed-loop system with a switching controller. It is proved that this data set is informative if the controller switches among at least two modes (i.e., feedback laws). Our result does not require any assumption on the way of switch and removes the constraints on the switching manner required in some classical literature. Finally, simulation case studies based on a continuous stirred-tank reactor (CSTR) process are given to validate the results.