申请/专利权人：西北工业大学

申请日：2023-11-27

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN117786548A

主分类号：G06F18/2431

分类号：G06F18/2431;G06F18/214;G06F17/16

优先权：["20231122 CN 2023115634719"]

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.16#实质审查的生效;2024.03.29#公开

摘要：本发明提供了一种基于数据驱动的等价空间的传感器鲁棒故障诊断方法，解决了现有技术所存在的过程复杂、计算量大、难以选取等价空间阶数和难以抑制系统干扰对故障诊断的干扰的问题。在构建系统等价空间的基础上，提出了一种等价空间降阶处理方法。对等价空间进行降阶处理，降低了计算的阶数，进而降低了计算量，在保证准确率的同时提高了对故障诊断的速度。除此之外，本发明在设计传感器故障诊断方案的过程中，采用一种鲁棒性能指标以抑制系统干扰的影响，在保证鲁棒性的同时保证了对故障诊断的灵敏性。

主权项：1.一种基于数据驱动的等价空间的传感器鲁棒故障诊断方法，其特征在于：包括以下子步骤：步骤1：构建发动机输入信号、发动机输出信号和噪声信号；步骤1.1：分别构建发动机输入信号、发动机输出信号和噪声信号对应的Hankel矩阵为： 其中，Up为发动机系统过去输入信号，Uf为将来输入信号，Yp为过去输出信号，Yf为将来输出信号，Wf为将来系统噪声信号，Vf为将来系统测量噪声信号数据集，N表示增广后的样本数，sp表示“过去”输入信号的阶数，sf表示将来输入信号的阶数，s表示等价向量阶数； 其中，n为发动机的状态量，l为发动机的输入量，m表示发动机的测量量，ysk为发动机的测量量增广集，usk为发动机的输入量增广集，wsk为系统噪声的增广集，vsk为系统测量噪声的增广集；其中，sp，sf，s满足条件：sf＝sp＝s+1＞n步骤1.2：构建增广后的系统方程；系统方程为： 其中，xk∈Rn表示发动机的n个状态量，uk∈Rl表示发动机的l个输入量,yk∈Rm表示发动机的m个测量量，wk∈Rn表示系统噪声，vk∈Rm表示系统测量噪声，矩阵A∈Rn×n，B∈Rn×l，C∈Rm×n，D∈Rn×n是以发动机某稳态点为基础得到的系数矩阵；在时间的s步上增广，得到增广后的系统方程：Yf＝OsXk+HusUf+HwsWf+Vf其中：Os＝[CTCAT…CAsT]T Xk表示系统过去的状态序列：Xk＝[xkxk+1…xk+N-1]∈Rn×N步骤2：对等价空间进行简化求解；步骤2.1：简化步骤1.2得到的增广后的系统方程；令则系统方程为： 其中，为Os的等价空间；步骤2.2：对系统方程的左式进行PCA处理；当N足够大时，噪声与信号具有不相关性，则系统方程： 对系统方程进行SVD分解，得到： 其中，Ph表示主元空间向量，Pe表示残差空间向量；矩阵T和矩阵Te代表空间向量对应的形式转换；其中，矩阵为单位阵；为等价空间，为相关矩阵；步骤2.3：对等价空间进行降阶处理；对进行SVD分解，得到： 其中，为Hankel矩阵；步骤2.4：求解等价空间及其相关矩阵；令为主元空间向量，令为残差空间向量得： 步骤3：对等价空间进行降阶处理；步骤3.1：令其中： M1、M2为中间变量，M1、M2满足步骤3.2：对中间变量M1进行QR分解： 其中为上三角矩阵，为可逆列正交矩阵，为中间变量，步骤3.3：求解降阶后的等价向量αd和相关变量βd；取步骤3.2中前md+1列、后md+1-n行构成降阶后的等价空间则的后md+1-n行、前ld+1列构成步骤4：设计降阶后的传感器鲁棒故障检测残差生成器，包括以下子步骤：步骤4.1：求解降阶后的鲁棒性指标的最大特征值λdmax及其对应的特征向量ldmax： 步骤4.2：设计出降阶后的等价向量αd和相关向量βd，计算公式为： 步骤4.3：设计出降阶后的进行传感器故障检测的残差生成器为：rk＝αdydk-βdudk步骤5：对系统进行在线故障诊断，子步骤包括：步骤5.1：获取在线数据作为测试样本，代入步骤4.3中设计的残差生成器计算残差；步骤5.2：根据高斯分布选取置信度，得到残差绝对值Rk＝|rk|的系统残差阈值Rth；步骤5.3：对步骤5.1计算得到的系统残差进行判断，如果残差的绝对值大于步骤5.2得到的残差阈值，则表明系统发生了故障。

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权利要求：

百度查询： 西北工业大学 一种基于数据驱动的等价空间的传感器鲁棒故障诊断方法

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