一种催化裂化主风机组闭环残差生成器设计方法技术

本发明专利技术公开了一种催化裂化主风机组闭环残差生成器设计方法，具体设计方法如下：步骤一：设计激励生成模块产生一个特定的随机信号作为外部输入激励信号，常用高斯白噪声，外部输入激励信号与原控制信号叠加输入系统，从而获得由激励信号的加入产生的额外信息。本发明专利技术利用激励生成模块产生一个特定的随机信号作为外部输入激励信号，外部输入激励信号与原控制信号叠加输入系统，利用原控制信号、激励输入控制信号和系统测量信号进行残差生成，进而对满足相应结构化要求的故障信号进行有针对性的检测与定位，采取未知输入观测器的方法，使得残差信号对于某一类故障在最多方向上解耦，降低不同故障的影响程度，降低分析困难。

A Design Method of Closed Loop Residual Generator for FCC Main Fan Unit

The invention discloses a design method of closed-loop residual generator for main fan unit of catalytic cracking. The specific design method is as follows: Step 1: Designing an excitation generating module to generate a specific random signal as an external input excitation signal, usually using Gauss white noise, the external input excitation signal superimposes the original control signal into the input system. Thus, additional information generated by the addition of the excitation signal can be obtained. The invention uses the excitation generating module to generate a specific random signal as the external input excitation signal, and the external input excitation signal superimposes the original control signal into the input system. The residual is generated by the original control signal, the excitation input control signal and the system measurement signal, and then the faults satisfying the corresponding structural requirements are solved. The signal is detected and located pertinently, and the unknown input observer method is adopted to decouple the residual signal in the most directions for a certain type of fault, so as to reduce the impact of different faults and reduce the difficulty of analysis.

【技术实现步骤摘要】
一种催化裂化主风机组闭环残差生成器设计方法
本专利技术涉及催化裂化主风机组闭环残差生成器设计
，特别涉及一种催化裂化主风机组闭环残差生成器设计方法。
技术介绍
催化裂化主风机组闭环系统中，反馈控制律改变了系统运行特性以及不同变量之间的函数关系，在系统中存在强扰动或非线性等环节情况下，闭环控制会影响残差信号的动态特性，直接导致残差生成和残差评价环节的变化，对故障诊断方法的性能带来影响；石化装备动态复杂，受到反馈控制作用，且不能用简单的精确线性模型来表征，模型不确定性和非线性环节广泛存在，其反馈控制对故障诊断方法的设计和性能的影响无法消除，从而大大增加了残差生成器设计的难度。因此，专利技术一种催化裂化主风机组闭环残差生成器设计方法来解决上述问题很有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种催化裂化主风机组闭环残差生成器设计方法，通过利用激励生成模块产生一个特定的随机信号作为外部输入激励信号，外部输入激励信号与原控制信号叠加输入系统，利用原控制信号、激励输入控制信号和系统测量信号进行残差生成，进而对满足相应结构化要求的故障信号进行有针对性的检测与定位，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种催化裂化主风机组闭环残差生成器设计方法，具体设计方法如下：步骤一：设计激励生成模块产生一个特定的随机信号作为外部输入激励信号，常用高斯白噪声，外部输入激励信号与原控制信号叠加输入系统，从而获得由激励信号的加入产生的额外信息；步骤二：在合理选择主动激励输入信号后，可以得到系统新的、激发除了特定故障信息的测量信号，此时可以利用原控制信号、激励输入控制信号和系统测量信号进行残差生成，进而对满足相应结构化要求的故障信号进行有针对性的检测与定位；步骤三：由于在不同模型下，需要针对控制项使用不同的残差生成器设计，以降低故障诊断单元中反馈控制的影响，从而需要对残差信号预处理，处理方法为：比较不同结构，不同特性的复合故障状态，若模型不确定性和非线性的结构信息已知，采取未知输入观测器的方法，使得残差信号对于某一类故障在最多方向上解耦，使得控制信号到残差信号的增益为零，即残差信号对于控制信号解耦，降低不同故障的影响程度，降低分析困难；步骤四：当残差信号对于控制信号解耦无法实现，可以在数学期望意义下或鲁棒准则意义下使得残差信号与不受控制的影响或者限制其影响尽量小，并采用正向或者反向递推黎卡提方程进行求解；另外，在数学期望意义下，利用最小方差指标，降低控制量和外部干扰到残差特征量的增益，即抑制控制量和干扰对残差特征量的影响；在鲁棒准则意义下，利用鲁棒指标，降低控制量和外部干扰到残差特征量的增益；步骤五：在最小方差指标和鲁棒指标下，分别利用其统计特征信息和系数矩阵结构降低其影响，分别实现最小均方和传递函数无穷范数意义下的最优求解，最终排除反馈控制量对故障诊断的影响；步骤六：在故障发生时，对残差信号进行分析，通过观察已解耦故障发生时残差信号是否仍超限报警判断，同时采用增加扰动反馈的方法平衡扰动，通过结构相关性和信号谐波相关性分析，降维处理，分析可能机理；步骤七：针对不同故障发生时的残差信号进行特征提取，并分别采用有/无监督学习方法进行相关性分析，深入挖掘故障表征的相关性，对故障来源进行精确推断；步骤八：残差生成器需要考虑检测时延、抗扰动等其他性能指标，而非单纯考虑降低闭环反馈的影响，因此则需要利用残差递推式，通过三角不等式和柯西不等式分析历史反馈控制对于残差幅值和某些特征值可能的最坏影响，并调整残差评价函数的形式和相应的阈值，最后在统计意义下利用概率密度函数分析这种变化对故障误报率和漏报率的影响。本专利技术的技术效果和优点：1、本专利技术利用激励生成模块产生一个特定的随机信号作为外部输入激励信号，外部输入激励信号与原控制信号叠加输入系统，利用原控制信号、激励输入控制信号和系统测量信号进行残差生成，进而对满足相应结构化要求的故障信号进行有针对性的检测与定位；2、并且当模型不确定性和非线性的结构信息已知，采取未知输入观测器的方法，使得残差信号对于某一类故障在最多方向上解耦，使得控制信号到残差信号的增益为零，即残差信号对于控制信号解耦，降低不同故障的影响程度，降低分析困难；3、当残差信号对于控制信号解耦无法实现，可以在数学期望意义下或鲁棒准则意义下使得残差信号与不受控制的影响或者限制其影响尽量小，并采用正向或者反向递推黎卡提方程进行求解，在最小方差指标和鲁棒指标下，分别利用其统计特征信息和系数矩阵结构降低其影响，分别实现最小均方和传递函数无穷范数意义下的最优求解，最终排除反馈控制量对故障诊断的影响；4、在故障发生时，对残差信号进行分析，通过观察已解耦故障发生时残差信号是否仍超限报警判断，同时采用增加扰动反馈的方法平衡扰动，通过结构相关性和信号谐波相关性分析，降维处理，分析可能机理，针对不同故障发生时的残差信号进行特征提取，并分别采用有/无监督学习方法进行相关性分析，深入挖掘故障表征的相关性，对故障来源进行精确推断；5、利用残差递推式，通过三角不等式和柯西不等式分析历史反馈控制对于残差幅值和某些特征值可能的最坏影响，并调整残差评价函数的形式和相应的阈值，最后在统计意义下利用概率密度函数分析这种变化对故障误报率和漏报率的影响。具体实施方式下面将结合本专利技术中的实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：本专利技术提供了一种催化裂化主风机组闭环残差生成器设计方法，具体设计方法如下：步骤一：设计激励生成模块产生一个特定的随机信号作为外部输入激励信号，常用高斯白噪声，外部输入激励信号与原控制信号叠加输入系统，从而获得由激励信号的加入产生的额外信息；步骤二：在合理选择主动激励输入信号后，可以得到系统新的、激发除了特定故障信息的测量信号，此时可以利用原控制信号、激励输入控制信号和系统测量信号进行残差生成，进而对满足相应结构化要求的故障信号进行有针对性的检测与定位；步骤三：由于在不同模型下，需要针对控制项使用不同的残差生成器设计，以降低故障诊断单元中反馈控制的影响，从而需要对残差信号预处理，处理方法为：比较不同结构，不同特性的复合故障状态，若模型不确定性和非线性的结构信息已知，采取未知输入观测器的方法，使得残差信号对于某一类故障在最多方向上解耦，使得控制信号到残差信号的增益为零，即残差信号对于控制信号解耦，降低不同故障的影响程度，降低分析困难；步骤四：当残差信号对于控制信号解耦无法实现，可以在数学期望意义下使得残差信号与不受控制的影响或者限制其影响尽量小，并采用正向或者反向递推黎卡提方程进行求解；另外，在数学期望意义下，利用最小方差指标，降低控制量和外部干扰到残差特征量的增益，即抑制控制量和干扰对残差特征量的影响；步骤五：在最小方差指标下，利用其统计特征信息降低其影响，实现最小均方意义下的最优求解，最终排除反馈控制量对故障诊断的影响；步骤六：在故障发生时，对残差信号进行分析，通过观察已解耦故障发生时残差信号是否仍超限报警判断，同时采用增加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种催化裂化主风机组闭环残差生成器设计方法，其特征在于：具体设计方法如下：步骤一：设计激励生成模块产生一个特定的随机信号作为外部输入激励信号，常用高斯白噪声，外部输入激励信号与原控制信号叠加输入系统，从而获得由激励信号的加入产生的额外信息；步骤二：在合理选择主动激励输入信号后，可以得到系统新的、激发除了特定故障信息的测量信号，此时可以利用原控制信号、激励输入控制信号和系统测量信号进行残差生成，进而对满足相应结构化要求的故障信号进行有针对性的检测与定位；步骤三：由于在不同模型下，需要针对控制项使用不同的残差生成器设计，以降低故障诊断单元中反馈控制的影响，从而需要对残差信号预处理，处理方法为：比较不同结构，不同特性的复合故障状态，若模型不确定性和非线性的结构信息已知，采取未知输入观测器的方法，使得残差信号对于某一类故障在最多方向上解耦，使得控制信号到残差信号的增益为零，即残差信号对于控制信号解耦，降低不同故障的影响程度，降低分析困难；步骤四：当残差信号对于控制信号解耦无法实现，可以在数学期望意义下或鲁棒准则意义下使得残差信号与不受控制的影响或者限制其影响尽量小，并采用正向或者反向递推黎卡提方程进行求解；另外，在数学期望意义下，利用最小方差指标，降低控制量和外部干扰到残差特征量的增益，即抑制控制量和干扰对残差特征量的影响；在鲁棒准则意义下，利用鲁棒指标，降低控制量和外部干扰到残差特征量的增益；步骤五：在最小方差指标和鲁棒指标下，分别利用其统计特征信息和系数矩阵结构降低其影响，分别实现最小均方和传递函数无穷范数意义下的最优求解，最终排除反馈控制量对故障诊断的影响；步骤六：在故障发生时，对残差信号进行分析，通过观察已解耦故障发生时残差信号是否仍超限报警判断，同时采用增加扰动反馈的方法平衡扰动，通过结构相关性和信号谐波相关性分析，降维处理，分析可能机理；步骤七：针对不同故障发生时的残差信号进行特征提取，并分别采用有/无监督学习方法进行相关性分析，深入挖掘故障表征的相关性，对故障来源进行精确推断；步骤八：残差生成器需要考虑检测时延、抗扰动等其他性能指标，而非单纯考虑降低闭环反馈的影响，因此则需要利用残差递推式，通过三角不等式和柯西不等式分析历史反馈控制对于残差幅值和某些特征值可能的最坏影响，并调整残差评价函数的形式和相应的阈值，最后在统计意义下利用概率密度函数分析这种变化对故障误报率和漏报率的影响。...

【技术特征摘要】
1.一种催化裂化主风机组闭环残差生成器设计方法，其特征在于：具体设计方法如下：步骤一：设计激励生成模块产生一个特定的随机信号作为外部输入激励信号，常用高斯白噪声，外部输入激励信号与原控制信号叠加输入系统，从而获得由激励信号的加入产生的额外信息；步骤二：在合理选择主动激励输入信号后，可以得到系统新的、激发除了特定故障信息的测量信号，此时可以利用原控制信号、激励输入控制信号和系统测量信号进行残差生成，进而对满足相应结构化要求的故障信号进行有针对性的检测与定位；步骤三：由于在不同模型下，需要针对控制项使用不同的残差生成器设计，以降低故障诊断单元中反馈控制的影响，从而需要对残差信号预处理，处理方法为：比较不同结构，不同特性的复合故障状态，若模型不确定性和非线性的结构信息已知，采取未知输入观测器的方法，使得残差信号对于某一类故障在最多方向上解耦，使得控制信号到残差信号的增益为零，即残差信号对于控制信号解耦，降低不同故障的影响程度，降低分析困难；步骤四：当残差信号对于控制信号解耦无法实现，可以在数学期望意义下或鲁棒准则意义下使得残差信号与不受控制的影响或者限制其影响尽量小，并采用正向或者反向递推黎卡提方程进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙国玺，孙飞昊，刘洋，
申请(专利权)人：广东石油化工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44