專利名稱：：一種多傳感器系統(tǒng)故障自診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種多傳感器系統(tǒng)故障自診斷方法，可用于多傳感器系統(tǒng)的故障診斷、報(bào)警以及故障隔離。技術(shù)背景在工業(yè)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，通常需要采用多傳感器系統(tǒng)對(duì)同一測(cè)量對(duì)象或者具有相關(guān)性的不同測(cè)量對(duì)象進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)，以實(shí)現(xiàn)信息互補(bǔ)與融合，達(dá)到拓展傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域、拓寬測(cè)量的量程、提高測(cè)量的精度及魯棒性等目的。但傳感器數(shù)目的增多，不僅增加了測(cè)量系統(tǒng)的復(fù)雜度，也增加了系統(tǒng)的故障概率。因此，以上因素對(duì)多傳感器系統(tǒng)本身的故障診斷能力提出了更高要求，以保證過程監(jiān)測(cè)與參數(shù)測(cè)量的可靠性，保障工業(yè)生產(chǎn)過程與科學(xué)實(shí)驗(yàn)等的安全運(yùn)行。為了確保測(cè)量系統(tǒng)信息獲取的準(zhǔn)確性，需對(duì)傳感器系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以確保其處于正常工作狀態(tài)。通常可采用額外的檢測(cè)單元對(duì)傳感器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但這種方式不僅增加了系統(tǒng)復(fù)雜度及系統(tǒng)構(gòu)建成本，同時(shí)也引入新的不可靠因素，如檢測(cè)單元的工作狀態(tài)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有方法的不足，提供一種多傳感器系統(tǒng)故障自診斷方法，該方法可根據(jù)多傳感器中不同傳感器測(cè)量信號(hào)的相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)多傳感器系統(tǒng)的故障診斷、報(bào)警與故障隔離。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種多傳感器系統(tǒng)故障自診斷方法，該方法包括以下步驟步驟一，初始化，確定已知的多傳感器系統(tǒng)中的輸出信號(hào)具有相關(guān)性的傳感器的自檢狀態(tài)及數(shù)目，對(duì)于包含t個(gè)具有相關(guān)性輸出的傳感器的多傳感器系統(tǒng)，即輸出信號(hào)具有相關(guān)性的傳感器的個(gè)數(shù)為t，當(dāng)t大于3，則跳轉(zhuǎn)到步驟二；當(dāng)t二3，則跳轉(zhuǎn)到步驟三;當(dāng)t二2，則跳轉(zhuǎn)到步驟四；步驟二，當(dāng)傳感器系統(tǒng)內(nèi)采用傳感器個(gè)數(shù)為t且t〉己有m個(gè)傳感器進(jìn)行過自檢，且0〈m〈t，若已經(jīng)通過自檢，系統(tǒng)工作正常，則從正常工作的傳感器集合中任選一個(gè)傳感器，在剩余的未進(jìn)行自檢的傳感器集合中任選一個(gè)傳感器，組成兩傳感器故障診斷集合，即t二2，跳轉(zhuǎn)到步驟四；若傳感器系統(tǒng)內(nèi)尚無傳感器進(jìn)行過自檢，即111=0，或者全部傳感器均通過自檢，即m二t，則隨機(jī)選取三個(gè)傳感器，t二3，構(gòu)成故障診斷集合，即三傳感器構(gòu)成的故障診斷集合進(jìn)行故障診斷與隔離，順序執(zhí)行步驟三；步驟三，對(duì)于上述由傳感器A、傳感器B、傳感器C三個(gè)傳感器構(gòu)成的故障診斷集合，同一時(shí)間段，其分別獲取的具有相關(guān)性的三個(gè)測(cè)量信號(hào)，對(duì)所述三個(gè)測(cè)量信號(hào)經(jīng)兩兩相關(guān)計(jì)算得到任意兩個(gè)傳感器的測(cè)量信號(hào)的相關(guān)系數(shù)，將其與根據(jù)工況預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較。進(jìn)一步根據(jù)自檢決策真值表，對(duì)各傳感器的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷；若診斷結(jié)果為傳感器A、傳感器B、傳感器C均處于正常工作狀態(tài)，則跳轉(zhuǎn)到工作正常的步驟七；若診斷結(jié)果為傳感器A、傳感器B、傳感器C中的某一個(gè)出現(xiàn)故障，則跳轉(zhuǎn)到故障隔離的步驟五；若診斷結(jié)果為傳感器A、傳感器B、傳感器C中至少兩個(gè)傳感器故障，則跳轉(zhuǎn)到嚴(yán)重報(bào)警的步驟六；步驟四，對(duì)于包含兩個(gè)具有相關(guān)性的傳感器的故障診斷集合，假定故障診斷集合包括傳感器A、傳感器B，同一時(shí)間段，其分別獲取的測(cè)量信號(hào)Sa、Sb具有相關(guān)性，與步驟三同樣的計(jì)算得到傳感器A和傳感器B的相關(guān)系數(shù)，將其與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較；若診斷出傳感器A和傳感器B均處于正常工作狀態(tài)，跳轉(zhuǎn)到正常工作的步驟七；若診斷出傳感器A和傳感器B中至少有一個(gè)出現(xiàn)故障，分以下情況若已知其中一個(gè)傳感器工作正常，則另一個(gè)傳感器發(fā)生故障，即可實(shí)現(xiàn)故障定位，跳轉(zhuǎn)到故障隔離的步驟五；若傳感器A和傳感器B的故障狀態(tài)均未知，則無法對(duì)故障傳感器進(jìn)行定位，跳轉(zhuǎn)到嚴(yán)重報(bào)警的步驟六；步驟五，將發(fā)生故障的傳感器測(cè)量信號(hào)隔離處理，只采用正常工作傳感器獲取的測(cè)量信號(hào)，以保證測(cè)量系統(tǒng)獲取信息的可靠性，順序執(zhí)行步驟六的一般報(bào)警；步驟六，若已進(jìn)行故障隔離，進(jìn)行一般報(bào)警，并顯示出現(xiàn)故障的傳感器序號(hào)，順序執(zhí)行步驟七；若未實(shí)現(xiàn)故障隔離，且兩個(gè)傳感器構(gòu)成的故障診斷集合中至少有一個(gè)出現(xiàn)故障，則程序給出嚴(yán)重報(bào)警信息并停止執(zhí)行，提示必須立即對(duì)傳感器系統(tǒng)進(jìn)行整體檢修；若未實(shí)現(xiàn)故障隔離，且隨機(jī)選取的三個(gè)傳感器構(gòu)成的故障診斷集合中至少有兩個(gè)出現(xiàn)故障，則程序給出嚴(yán)重報(bào)警信息并停止執(zhí)行，提示必須立即對(duì)傳感器系統(tǒng)進(jìn)行整體檢修；步驟七，工作正常，跳轉(zhuǎn)到步驟一。本發(fā)明的效果是本發(fā)明利用多傳感器系統(tǒng)中，各傳感器所測(cè)信號(hào)之間的相關(guān)性，采用多路測(cè)量信號(hào)實(shí)現(xiàn)傳感器的故障診斷、報(bào)警以及故障隔離，無需單獨(dú)的傳感器工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加了自檢系統(tǒng)的可靠性。圖1為本發(fā)明的多傳感器故障診斷與隔離算法的解算流程圖。具體實(shí)施方式如圖1所示，本發(fā)明的一種多傳感器系統(tǒng)故障自診斷方法，包括以下步驟步驟一，初始化，確定己知的多傳感器系統(tǒng)中的輸出信號(hào)具有相關(guān)性的傳感器的自檢狀態(tài)及數(shù)目，對(duì)于包含t個(gè)具有相關(guān)性輸出的傳感器的多傳感器系統(tǒng)，即輸出信號(hào)具有相關(guān)性的傳感器的個(gè)數(shù)為t，當(dāng)t大于3，則跳轉(zhuǎn)到步驟二；當(dāng)〖=3，則跳轉(zhuǎn)到步驟三；若1=2，則跳轉(zhuǎn)到步驟四。步驟二，當(dāng)傳感器系統(tǒng)內(nèi)采用傳感器個(gè)數(shù)為t且t〉3時(shí)，首先判斷是否已有m個(gè)傳感器進(jìn)行過自檢，且0〈m〈t，若已經(jīng)通過自檢，系統(tǒng)工作正常，則從正常工作的傳感器集合中任選一個(gè)傳感器，在剩余的未進(jìn)行自檢的傳感器集合中任選一個(gè)傳感器，組成兩傳感器故障診斷系統(tǒng)，跳轉(zhuǎn)步驟四；若傳感器系統(tǒng)內(nèi)尚無傳感器進(jìn)行自檢，即111=0，或者全部傳感器均通過自檢，即mq，則隨機(jī)選取三個(gè)傳感器構(gòu)成故障診斷集合進(jìn)行故障診斷與隔離，順序執(zhí)行步驟三。歩驟三，對(duì)于由三個(gè)傳感器，即傳感器A、傳感器B、傳感器C構(gòu)成的故障診斷集合，假定系統(tǒng)包括傳感器A、傳感器B和傳感器C，同一時(shí)間段，其分別獲取的測(cè)量信號(hào)Sa、Sb和Sc之間具有相關(guān)性。計(jì)算得到傳感器A和傳感器B的相關(guān)系數(shù)^(0)，將^(0)與預(yù)先設(shè)定的閾值、b(0)進(jìn)行比較。計(jì)算得到傳感器A和傳感器C的相關(guān)系數(shù)^(0)，將^(0)與預(yù)先設(shè)定的閾值^(0)進(jìn)行比較。計(jì)算得到傳感器B和傳感器C的相關(guān)系數(shù)^(0)，將^(0)與預(yù)先設(shè)定的閾值^(0)進(jìn)行比較。進(jìn)行比較后，對(duì)于由傳感器A、傳感器B、傳感器C構(gòu)成的故障診斷集合，所有可能的自檢結(jié)果的決策真值表可列為表1。一旦從測(cè)量信號(hào)中得到^b(0)，rAC(0)，^(0)的值，每個(gè)傳感器的工作狀態(tài)可以根據(jù)表l推斷出。其中，"一-"表示該狀況不存在。表1自檢決策真值表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>若診斷結(jié)果為表l中的(1)，可認(rèn)為傳感器A、傳感器B和傳感器C均處于正常工作狀態(tài)，則跳轉(zhuǎn)到工作正常的步驟七；若診斷結(jié)果為表l中的(4)、(6)、(7)之一，可判斷出傳感器A、傳感器B和傳感器C中的哪一個(gè)出現(xiàn)故障，則跳轉(zhuǎn)到故障隔離的步驟五；若診斷結(jié)果為表l中的(8)，可判斷出傳感器A、傳感器B和傳感器C中至少兩個(gè)傳感器故障，則跳轉(zhuǎn)到嚴(yán)重報(bào)警的步驟六。步驟四，對(duì)于包含兩個(gè)具有相關(guān)性的傳感器的故障診斷集合，假定故障診斷集合包括傳感器A和傳感器B，同一時(shí)間段，其分別獲取的測(cè)量信號(hào)Sa和Sb具有相關(guān)性。計(jì)算得到傳感器A和傳感器B的相關(guān)系數(shù)^(0)，將^(0)與預(yù)先設(shè)定的閾值、b(0)進(jìn)行比較，由于相關(guān)系數(shù)越大，兩個(gè)測(cè)量信號(hào)越接近。因此，、b(0)的值為傳感器A和傳感器B相關(guān)性的下限。由于工作過程中，傳感器A和傳感器B同一時(shí)刻出現(xiàn)故障的可能性較小，且二者出現(xiàn)故障時(shí)獲取的測(cè)量信號(hào)不存在必然的相關(guān)性，因此若^(0)大于^(0)，可認(rèn)為傳感器A和傳感器B均處于正常工作狀態(tài)，跳轉(zhuǎn)到正常工作的步驟七。若^(0)小于或等于/^(0)，則傳感器A和傳感器B其中至少有一個(gè)出現(xiàn)故障，分以下三種情況若已知傳感器A工作正常，則傳感器B發(fā)生故障，跳轉(zhuǎn)到故障隔離的步驟五。若已知傳感器B工作正常，則傳感器A發(fā)生故障，跳轉(zhuǎn)到故障隔離的步驟五。若傳感器A和傳感器B均尚未進(jìn)行自檢，則無法對(duì)故障傳感器進(jìn)行定位，跳轉(zhuǎn)到嚴(yán)重報(bào)警的步驟六。步驟五，將發(fā)生故障的傳感器的測(cè)量信號(hào)隔離處理，只采用正常工作傳感器獲取的測(cè)量信號(hào)，以保證測(cè)量系統(tǒng)獲取信息的可靠性，順序執(zhí)行一般報(bào)警的步驟六。歩驟六，若已進(jìn)行故障隔離，進(jìn)行一般報(bào)警，并顯示出現(xiàn)故障的傳感器序號(hào)，順序執(zhí)行步驟七；若未實(shí)現(xiàn)故障隔離，且兩個(gè)傳感器構(gòu)成的故障診斷集合中至少有一個(gè)出現(xiàn)故障，則程序給出嚴(yán)重報(bào)警信息并停止執(zhí)行，提示必須立即對(duì)傳感器系統(tǒng)進(jìn)行整體檢修；若未實(shí)現(xiàn)故障隔離，且隨機(jī)選取的三個(gè)傳感器構(gòu)成的故障診斷集合中至少有兩個(gè)出現(xiàn)故障，則程序給出嚴(yán)重報(bào)警信息并停止執(zhí)行，提示必須立即對(duì)傳感器系統(tǒng)進(jìn)行整體檢修。步驟七，工作正常，跳轉(zhuǎn)到步驟一；上述故障診斷與隔離方法中相關(guān)系數(shù)計(jì)算的理論基礎(chǔ)為假設(shè)"(")l"=0，i，…N-:0和b(")I"=0，1，…N-"表示任意兩個(gè)傳感器上獲取的測(cè)量信號(hào)的取樣值，n是取樣長(zhǎng)度。這兩個(gè)取樣的標(biāo)準(zhǔn)化互相關(guān)函數(shù)表示如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>這里7和》是兩個(gè)采樣的平均值。本發(fā)明中，KO)表示兩個(gè)采樣值之間的相關(guān)系數(shù)，范圍從-l到l。如果r(o)二l，則兩個(gè)測(cè)量信號(hào)完全相同。相關(guān)系數(shù)越大，兩個(gè)測(cè)量信號(hào)越接近。以上對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式的描述，并不局限于此，附圖中所示僅是本發(fā)明的實(shí)施方式之一。在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造地設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案類似的結(jié)構(gòu)或?qū)嵤├?，均屬本發(fā)明保護(hù)范圍。權(quán)利要求1.一種多傳感器系統(tǒng)故障自診斷方法，該方法包括以下步驟步驟一，初始化，確定已知的多傳感器系統(tǒng)中的輸出信號(hào)具有相關(guān)性的傳感器的自檢狀態(tài)及數(shù)目，對(duì)于包含t個(gè)具有相關(guān)性輸出的傳感器的多傳感器系統(tǒng)，即輸出信號(hào)具有相關(guān)性的傳感器的個(gè)數(shù)為t，當(dāng)t大于3，則跳轉(zhuǎn)到步驟二；當(dāng)t＝3，則跳轉(zhuǎn)到步驟三；當(dāng)t＝2，則跳轉(zhuǎn)到步驟四；步驟二，當(dāng)傳感器系統(tǒng)內(nèi)采用傳感器個(gè)數(shù)為t且t＞3，即診斷對(duì)象為t(t＞3)個(gè)傳感器構(gòu)成的故障診斷集合時(shí)，首先判斷是否已有m個(gè)傳感器進(jìn)行過自檢，且0＜m＜t，若已經(jīng)通過自檢，系統(tǒng)工作正常，則從正常工作的傳感器集合中任選一個(gè)傳感器，在剩余的未進(jìn)行自檢的傳感器集合中任選一個(gè)傳感器，得到兩傳感器構(gòu)成的故障診斷集合，即t＝2，跳轉(zhuǎn)到步驟四；若傳感器系統(tǒng)內(nèi)尚無傳感器進(jìn)行過自檢(m＝0)或者全部傳感器均通過自檢(m＝t)，則隨機(jī)選取三個(gè)傳感器，t＝3，得到故障診斷集合，即三傳感器構(gòu)成的故障診斷集合進(jìn)行故障診斷與隔離，順序執(zhí)行步驟三；步驟三，對(duì)于由三個(gè)傳感器(A，B，C)構(gòu)成的故障診斷集合，同一時(shí)間段，其分別獲取的具有相關(guān)性的測(cè)量信號(hào)(Sa，Sb，Sc)，對(duì)所述三個(gè)測(cè)量信號(hào)經(jīng)兩兩相關(guān)計(jì)算得到任意兩個(gè)傳感器的測(cè)量信號(hào)之間的相關(guān)系數(shù)，將其與根據(jù)工況預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，進(jìn)一步根據(jù)自檢決策真值表，對(duì)各傳感器的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷；若診斷結(jié)果為傳感器(A，B，C)均處于正常工作狀態(tài)，則跳轉(zhuǎn)到工作正常的步驟七；若診斷結(jié)果為傳感器(A，B，C)中的某一個(gè)出現(xiàn)故障，則跳轉(zhuǎn)到故障隔離的步驟五；若診斷結(jié)果為傳感器(A，B，C)中至少兩個(gè)傳感器故障，則跳轉(zhuǎn)到嚴(yán)重報(bào)警的步驟六；步驟四，對(duì)于包含兩個(gè)具有相關(guān)性的傳感器的故障診斷集合，假定故障診斷集合包括傳感器(A，B)，同一時(shí)間段，其分別獲取的測(cè)量信號(hào)(Sa，Sb)具有相關(guān)性，與步驟三同樣的計(jì)算得到傳感器(A)和傳感器(B)的相關(guān)系數(shù)，將其與根據(jù)工況預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較；若診斷出傳感器(A，B)均處于正常工作狀態(tài)，跳轉(zhuǎn)到正常工作的步驟七；若診斷出傳感器(A，B)中至少有一個(gè)出現(xiàn)故障，分以下情況若已知其中一個(gè)傳感器工作正常，則另一個(gè)傳感器發(fā)生故障，即可實(shí)現(xiàn)故障定位，跳轉(zhuǎn)到故障隔離的步驟五；若傳感器(A)和傳感器(B)的故障狀態(tài)均未知，則無法對(duì)故障傳感器進(jìn)行定位，跳轉(zhuǎn)到嚴(yán)重報(bào)警的步驟六；步驟五，將發(fā)生故障的傳感器測(cè)量信號(hào)隔離處理，只采用正常工作傳感器獲取的測(cè)量信號(hào)，以保證測(cè)量系統(tǒng)獲取信息的可靠性，順序執(zhí)行步驟六的一般報(bào)警；步驟六，若已進(jìn)行故障隔離，進(jìn)行一般報(bào)警，并顯示出現(xiàn)故障的傳感器序號(hào)，順序執(zhí)行步驟七；若未實(shí)現(xiàn)故障隔離，且兩個(gè)傳感器構(gòu)成的故障診斷集合中至少有一個(gè)出現(xiàn)故障，則程序給出嚴(yán)重報(bào)警信息并停止執(zhí)行，提示必須立即對(duì)傳感器系統(tǒng)進(jìn)行整體檢修；若未實(shí)現(xiàn)故障隔離，且隨機(jī)選取的三個(gè)傳感器構(gòu)成的故障診斷集合中至少有兩個(gè)出現(xiàn)故障，則程序給出嚴(yán)重報(bào)警信息并停止執(zhí)行，提示必須立即對(duì)傳感器系統(tǒng)進(jìn)行整體檢修；步驟七，工作正常，跳轉(zhuǎn)到步驟一。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種多傳感器系統(tǒng)故障自診斷方法，其特征是所述多傳感器系統(tǒng)中至少存在兩個(gè)傳感器，其獲取的測(cè)量信號(hào)存在相關(guān)性。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種多傳感器系統(tǒng)故障自診斷方法，其特征是當(dāng)所述多傳感器系統(tǒng)中某傳感器發(fā)生故障時(shí)，其獲取測(cè)量信號(hào)與其他傳感器獲取測(cè)量信號(hào)間的相關(guān)性顯著下降或完全喪失。4、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種多傳感器系統(tǒng)故障自診斷方法，其特征是將所述多傳感器系統(tǒng)中存在的故障診斷集合，分解成包含兩個(gè)相關(guān)測(cè)量信號(hào)輸出的傳感器集合或三個(gè)相關(guān)測(cè)量信號(hào)輸出的傳感器集合。5、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種多傳感器系統(tǒng)故障自診斷方法，其特征是一般報(bào)警指當(dāng)某傳感器發(fā)生故障時(shí)，若可實(shí)現(xiàn)故障隔離且系統(tǒng)仍可安全運(yùn)行，并顯示故障傳感器的序號(hào)。6、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種多傳感器系統(tǒng)故障自診斷方法，其特征是嚴(yán)重報(bào)警指當(dāng)某傳感器發(fā)生故障時(shí)，未能實(shí)現(xiàn)故障隔離并顯示故障傳感器的序號(hào)。全文摘要本發(fā)明提供一種多傳感器系統(tǒng)故障自診斷方法，該方法首先對(duì)多傳感器系統(tǒng)中具有相關(guān)性輸出的每一個(gè)傳感器上獲取的信息，進(jìn)行線性相關(guān)分析，然后通過比較對(duì)應(yīng)相關(guān)度與設(shè)定閾值的大小，實(shí)現(xiàn)多傳感器的傳感器陣列故障診斷。當(dāng)具有相關(guān)性輸出的傳感器為兩個(gè)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)傳感器系統(tǒng)的故障診斷，提供報(bào)警信息；當(dāng)具有相關(guān)性的傳感器為三個(gè)及以上時(shí)，可實(shí)現(xiàn)傳感器系統(tǒng)的故障診斷，提供報(bào)警信息，并可實(shí)現(xiàn)故障隔離，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本發(fā)明的效果是利用多傳感器系統(tǒng)中，各傳感器所測(cè)信號(hào)之間的相關(guān)性，采用多路測(cè)量信號(hào)實(shí)現(xiàn)傳感器的故障診斷、報(bào)警以及故障隔離，無需單獨(dú)的傳感器工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加了自檢系統(tǒng)的可靠性，具有廣泛的應(yīng)用前景。文檔編號(hào)G01R31/00GK101266273SQ20081005308公開日2008年9月17日申請(qǐng)日期2008年5月12日優(yōu)先權(quán)日2008年5月12日發(fā)明者徐立軍,章曹,李曉敏申請(qǐng)人:徐立軍