兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (4): 1252-1263.doi: 10.12382/bgxb.2022.0969
收稿日期:
2022-10-25
上线日期:
2024-04-30
通讯作者:
基金资助:
WANG Jiahao, NA Wenbo*(), LIU Zhiwei, ZAN Qi, WANG Zheng
Received:
2022-10-25
Online:
2024-04-30
摘要:
双闭环比值控制系统由于主从回路滞后效应和闭环回路调节作用,使其故障诊断较为复杂。针对该系统传感器故障难以识别的问题,通过分析反映系统动态特性的实时数据,提出一种基于数据驱动的故障诊断方法。利用拉伊达准则标定检测阈值建立故障检测模型;利用传感器故障传播的滞后特性建立故障定位模型;利用突变故障的幅值特性建立了故障估计模型;利用故障调节动态过程的变化趋势建立了故障分离模型;通过在线数据标定获得了故障诊断动态模型。通过实验验证该方法的有效性和高精度。研究结果表明,所提方法适用于一般双闭环比值控制系统传感器的实时故障诊断,其中故障检测准确率可达98.5%,故障定位准确率可达98.5%,故障估计准确率可达99.28%,故障分离准确率可达98%。
中图分类号:
王伽豪, 那文波, 刘志威, 昝琪, 王铮. 双闭环比值控制系统传感器故障诊断方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(4): 1252-1263.
WANG Jiahao, NA Wenbo, LIU Zhiwei, ZAN Qi, WANG Zheng. Sensor Fault Diagnosis Method of Double Closed Loop Ratio Control System[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(4): 1252-1263.
序号 | 主传感器最大波动值/cm | 从传感器最大波动值/cm |
---|---|---|
1 | 0.0868 | 0.1357 |
2 | 0.1032 | 0.1121 |
3 | 0.0957 | 0.1032 |
4 | 0.1023 | 0.0953 |
5 | 0.1229 | 0.1418 |
6 | 0.1321 | 0.1231 |
7 | 0.0957 | 0.0957 |
8 | 0.0822 | 0.0872 |
9 | 0.0752 | 0.0621 |
10 | 0.1012 | 0.0912 |
表1 无故障最大液位波动值
Table 1 Maximum liquid level fluctuation value without fault
序号 | 主传感器最大波动值/cm | 从传感器最大波动值/cm |
---|---|---|
1 | 0.0868 | 0.1357 |
2 | 0.1032 | 0.1121 |
3 | 0.0957 | 0.1032 |
4 | 0.1023 | 0.0953 |
5 | 0.1229 | 0.1418 |
6 | 0.1321 | 0.1231 |
7 | 0.0957 | 0.0957 |
8 | 0.0822 | 0.0872 |
9 | 0.0752 | 0.0621 |
10 | 0.1012 | 0.0912 |
强度/% | 真实值 | 预测值 | 强度/% | 真实值 | 预测值 |
---|---|---|---|---|---|
1.5 | 加性 | 加性 | 1.5 | 乘性 | 乘性 |
2 | 加性 | 乘性 | 2 | 乘性 | 乘性 |
4 | 加性 | 加性 | 4 | 乘性 | 乘性 |
6 | 加性 | 加性 | 6 | 乘性 | 乘性 |
8 | 加性 | 加性 | 8 | 乘性 | 乘性 |
10 | 加性 | 加性 | 10 | 乘性 | 乘性 |
14 | 加性 | 加性 | 14 | 乘性 | 乘性 |
16 | 加性 | 加性 | 16 | 乘性 | 乘性 |
20 | 加性 | 加性 | 20 | 乘性 | 乘性 |
表2 主传感器20%内单点故障分离结果
Table 2 The result of single fault isolation of main sensor within failure intensity of 20%
强度/% | 真实值 | 预测值 | 强度/% | 真实值 | 预测值 |
---|---|---|---|---|---|
1.5 | 加性 | 加性 | 1.5 | 乘性 | 乘性 |
2 | 加性 | 乘性 | 2 | 乘性 | 乘性 |
4 | 加性 | 加性 | 4 | 乘性 | 乘性 |
6 | 加性 | 加性 | 6 | 乘性 | 乘性 |
8 | 加性 | 加性 | 8 | 乘性 | 乘性 |
10 | 加性 | 加性 | 10 | 乘性 | 乘性 |
14 | 加性 | 加性 | 14 | 乘性 | 乘性 |
16 | 加性 | 加性 | 16 | 乘性 | 乘性 |
20 | 加性 | 加性 | 20 | 乘性 | 乘性 |
强度/% | 真实值 | 预测值 | 强度/% | 真实值 | 预测值 |
---|---|---|---|---|---|
1.5 | 加性 | 乘性 | 1.5 | 乘性 | 乘性 |
2 | 加性 | 乘性 | 2 | 乘性 | 乘性 |
4 | 加性 | 加性 | 4 | 乘性 | 乘性 |
6 | 加性 | 加性 | 6 | 乘性 | 乘性 |
8 | 加性 | 加性 | 8 | 乘性 | 乘性 |
10 | 加性 | 加性 | 10 | 乘性 | 乘性 |
14 | 加性 | 加性 | 14 | 乘性 | 乘性 |
16 | 加性 | 加性 | 16 | 乘性 | 乘性 |
20 | 加性 | 加性 | 20 | 乘性 | 乘性 |
表3 从传感器20%内单点故障分离结果
Table 3 The result of single fault isolation of follow sensor within failure intensity of 20%
强度/% | 真实值 | 预测值 | 强度/% | 真实值 | 预测值 |
---|---|---|---|---|---|
1.5 | 加性 | 乘性 | 1.5 | 乘性 | 乘性 |
2 | 加性 | 乘性 | 2 | 乘性 | 乘性 |
4 | 加性 | 加性 | 4 | 乘性 | 乘性 |
6 | 加性 | 加性 | 6 | 乘性 | 乘性 |
8 | 加性 | 加性 | 8 | 乘性 | 乘性 |
10 | 加性 | 加性 | 10 | 乘性 | 乘性 |
14 | 加性 | 加性 | 14 | 乘性 | 乘性 |
16 | 加性 | 加性 | 16 | 乘性 | 乘性 |
20 | 加性 | 加性 | 20 | 乘性 | 乘性 |
强度/% | 真实值 | 预测值 | 强度/% | 真实值 | 预测值 |
---|---|---|---|---|---|
2 | 加性 | 乘性 | 2 | 乘性 | 乘性 |
4 | 加性 | 加性 | 4 | 乘性 | 乘性 |
6 | 加性 | 加性 | 6 | 乘性 | 乘性 |
8 | 加性 | 加性 | 8 | 乘性 | 乘性 |
10 | 加性 | 加性 | 10 | 乘性 | 乘性 |
14 | 加性 | 加性 | 14 | 乘性 | 乘性 |
18 | 加性 | 加性 | 18 | 乘性 | 乘性 |
表4 从传感器18%内两点故障分离结果
Table 4 The result of double fault isolation of follow sensor within failure intensity of 18%
强度/% | 真实值 | 预测值 | 强度/% | 真实值 | 预测值 |
---|---|---|---|---|---|
2 | 加性 | 乘性 | 2 | 乘性 | 乘性 |
4 | 加性 | 加性 | 4 | 乘性 | 乘性 |
6 | 加性 | 加性 | 6 | 乘性 | 乘性 |
8 | 加性 | 加性 | 8 | 乘性 | 乘性 |
10 | 加性 | 加性 | 10 | 乘性 | 乘性 |
14 | 加性 | 加性 | 14 | 乘性 | 乘性 |
18 | 加性 | 加性 | 18 | 乘性 | 乘性 |
诊断方法 | 故障检测 | 故障定位 | 故障估计 | 故障分离 |
---|---|---|---|---|
WL方法[ | 82.5 | |||
CNN方法[ | 93.6 | |||
SVM方法[ | 98.2 | 97.9 | ||
KNN方法[ | 98.0 | |||
本文方法 | 98.5 | 98.5 | 99.3 | 98.0 |
表5 不同方法诊断精度对比
Table 5 Comparison of diagnostic accuracies of different methods%
诊断方法 | 故障检测 | 故障定位 | 故障估计 | 故障分离 |
---|---|---|---|---|
WL方法[ | 82.5 | |||
CNN方法[ | 93.6 | |||
SVM方法[ | 98.2 | 97.9 | ||
KNN方法[ | 98.0 | |||
本文方法 | 98.5 | 98.5 | 99.3 | 98.0 |
诊断方法 | 空间复杂度 | 时间复杂度 |
---|---|---|
WL方法[ | O(N3) | O(Nlog 2N) |
CNN方法[ | O(N) | O(N2) |
SVM方法[ | O(N3) | O(N2) |
KNN方法[ | O(N3) | O(N2) |
本文方法 | O(N) | O(N) |
表6 不同方法复杂度对比
Table 6 Comparison of complexities of different methods
诊断方法 | 空间复杂度 | 时间复杂度 |
---|---|---|
WL方法[ | O(N3) | O(Nlog 2N) |
CNN方法[ | O(N) | O(N2) |
SVM方法[ | O(N3) | O(N2) |
KNN方法[ | O(N3) | O(N2) |
本文方法 | O(N) | O(N) |
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