sdg故障診斷中的分層建模遞階推理方法
呂 寧，熊智華，王雄
(清華大學(xué)自動(dòng)化系，北京10084）
摘 要：針對(duì)采用符號(hào)有向圖( signed directedgraph，sdg)對(duì)石化工業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷時(shí)，經(jīng)常存在sdc建模和推理過(guò)程十分繁瑣、困難的問(wèn)題，提出了一種基于控制回珞分解系統(tǒng)的sdg分層建模及遞階推理方法。在建立sdg模型時(shí)將整個(gè)系統(tǒng)分解為含有系統(tǒng)層、子系統(tǒng)層和回路層的多層次模型架構(gòu)，進(jìn)而利用遞階推理在分層sdg模型中搜索相容通路來(lái)實(shí)現(xiàn)故障診斷。該方法能清晰表述工業(yè)系統(tǒng)的sdg模型，減少了建模和推理的復(fù)雜度。以tennes-seeeastman仿真系統(tǒng)為倒進(jìn)行了驗(yàn)證，證明了方法的有效性。
關(guān)鍵詞：sdg；分層建模；遞階推理
中國(guó)分類(lèi)號(hào)：tp 27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a
1引言
符號(hào)有向圖( sdg)作為一種有效的定性故障診斷方法，具有不依賴(lài)于精確的數(shù)學(xué)模型、完備性好等優(yōu)點(diǎn)，其理論與方法的發(fā)展經(jīng)歷了完全定性、與模糊理論相結(jié)合、與多元統(tǒng)計(jì)監(jiān)控相結(jié)合以及概率sdg[41]等幾個(gè)重要階段，在石化工業(yè)故障診斷中獲得了很多有意義的成果，已成為安全工程中的一種關(guān)鍵技術(shù)。
sdg建模是sdg故障診斷技術(shù)的基礎(chǔ)。石化工業(yè)通常是大規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng)，含有眾多的設(shè)備、管道、控制回路，相應(yīng)的sdc模型包含有大量的節(jié)點(diǎn)、支路以及節(jié)點(diǎn)與支路之間復(fù)雜的關(guān)系，因此sdg建模往往是一項(xiàng)繁重的任務(wù)。在sdc建模過(guò)程中，通常將故障診斷需要的所有節(jié)點(diǎn)都集合到一張sdc圖中，不僅模型描述十分繁雜．不剩于用戶(hù)理解和使用，而且推理時(shí)需要對(duì)sdg圖進(jìn)行遍歷，也加重了sdg推理的負(fù)擔(dān)。為此，本文提出了一種sdg分層建模遞階推理的方法，不僅有利于模型的清晰表述，而且有效地減輕了建模和推理的工作量。
2 sdg基本概念
sdg最早是作為一種有效的系統(tǒng)定性描述方法在故障診斷領(lǐng)域提出的，它利用由節(jié)點(diǎn)和支路構(gòu)成的定性網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)描述復(fù)雜系統(tǒng)，具有包容大規(guī)模潛在信息的能力。
sdg模型中的節(jié)點(diǎn)可以表示物理變量、操作部件等，節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)取，其中“+”值表示超過(guò)了允許的上限閩值，“-”值表示低于允許的下限閩值，“o”表示處于正常范圍。若一個(gè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的偏差直接引起另一個(gè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的偏差，則在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間用連接線連起來(lái)，由起始節(jié)點(diǎn)（原因變量）指向終止節(jié)點(diǎn)（結(jié)果變量）。節(jié)點(diǎn)之間的影響關(guān)系有正作用和反作用。正作用表明原因變量與結(jié)果變量變化方向相同，即上游節(jié)點(diǎn)狀態(tài)值的增加導(dǎo)致下游節(jié)點(diǎn)狀態(tài)值的增加，用實(shí)線表示。反作用則表明原因變量與結(jié)果變量變化方向相反，即上游節(jié)點(diǎn)狀態(tài)值的增加導(dǎo)致下游節(jié)點(diǎn)狀態(tài)值的減少，用虛線表示。利用sdg模型進(jìn)行推理時(shí)，可以搜索到已經(jīng)發(fā)生偏離的節(jié)點(diǎn)以及偏離將會(huì)在系統(tǒng)中如何傳播的所有可能的路徑，這種路徑稱(chēng)為相容通路。故障只有通過(guò)相容通路才能進(jìn)行傳播和演變，通過(guò)對(duì)相容通路的搜索，就可以發(fā)掘出故障在復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)部的發(fā)展演變過(guò)程，從而可以判明故障發(fā)生的原因和可能造成的不利后果，這就是基于sdg模型的故障診斷技術(shù)的原理。
建立對(duì)象的sdg模型是sdc故障診斷辦法的基礎(chǔ)，在sdg模型中利用檢測(cè)得到的故障征兆進(jìn)行推理尋找相容通路進(jìn)而判明故障原因是實(shí)現(xiàn)故障
診斷的途徑。本文提出的分層建模遞階推理方法正是針對(duì)建模和推理這兩個(gè)重要方面。
3分層建模遞階推理
1)分層建模石化工業(yè)系統(tǒng)中包含有大量的控制回路用以保證生產(chǎn)正常運(yùn)行，生產(chǎn)過(guò)程中所測(cè)量的變量很大比例都是關(guān)系到控制回路的，控制回路的重要作用不言自明。由于石化工業(yè)中所采用的控制回路往往具有基本相同的結(jié)構(gòu)，所以很容易實(shí)現(xiàn)控制回路sdg模型的模塊化。因此，本文將基于控制回路來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分解，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分層建模。
單回路控制系統(tǒng)，如圖1所示。
圖中，θr為被控變量a的給定值，cs代表調(diào)節(jié)器輸出，dm，代表傳感器偏差等傳感器測(cè)量上的擾動(dòng)，dp代表執(zhí)行器（即調(diào)節(jié)閥）偏差等執(zhí)行器擾動(dòng)，dp代表被控過(guò)程的擾動(dòng)。gc(s)，gv(s)，gp(s)和gd(s)分別表示調(diào)節(jié)器（控制器）、執(zhí)行器、被控過(guò)程和擾動(dòng)的傳遞函數(shù)。參數(shù)kc是調(diào)節(jié)器的比 |
