本發(fā)明屬于閥門故障診斷領域，尤其涉及一種基于相空間重構的控制回路中調節(jié)閥粘滯檢測方法。

背景技術：

1、作為控制回路中最關鍵的部件之一，控制閥可確保產(chǎn)品質量和人員安全。在閥門長時間運行過程中，由閥門粘滯引起的非線性運動往往會導致控制回路振蕩，從而增加生產(chǎn)過程中的經(jīng)濟和安全風險。在導致控制回路振蕩的各種因素中，閥門粘滯占回路振蕩的20-30％。因此，閥門粘滯檢測一直是控制回路性能評估中的一個重要問題。近些年來，非線性動力學理論為信號分析方法提供了新的思路?；谙嗫臻g重構的遞歸分析是處理復雜非線性系統(tǒng)的一種分析方法。它被認為是檢測信號和系統(tǒng)細微變化的強大工具。然而，大多數(shù)方法還沒有廣泛討論如何有效地提取遞歸圖中的特征用于閥門粘滯檢測，在這方面還沒有建立一種高度可解釋和準確的粘滯檢測方法，且現(xiàn)有的神經(jīng)網(wǎng)絡方法大多屬于黑箱模型，模型缺乏可解釋性，需要大量帶有標簽的數(shù)據(jù)，這對實際應用和模型優(yōu)化都提出了挑戰(zhàn)。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術中存在的問題，并提供一種基于相空間重構的控制回路中調節(jié)閥粘滯檢測方法。

2、為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體采用如下技術方案：

3、一種基于相空間重構的控制回路中調節(jié)閥粘滯檢測方法，包括以下步驟：

4、s1：獲取所檢測的控制回路中的信號，控制回路中的信號包括設定信號、控制信號以及過程變量信號，將過程變量信號與設定信號之間的差值作為誤差信號，對誤差信號以及控制信號進行標準化處理；

5、s2：對標準化處理后的控制信號進行相空間重構，得到信號重構后的高維第一時間序列，對標準化處理后的誤差信號進行相空間重構，得到信號重構后的高維第二時間序列；

6、s3：由高維第一時間序列構建第一遞歸矩陣，并將第一遞歸矩陣可視化繪制控制信號的第一遞歸圖；由高維第二時間序列構建第二遞歸矩陣，并將第二遞歸矩陣可視化繪制誤差信號的第二遞歸圖；

7、s4：通過第一遞歸圖上幾何圖案的形狀計算第一粘滯統(tǒng)計特征指標，通過第二遞歸圖上幾何圖案的形狀計算第二粘滯統(tǒng)計特征指標，通過第二遞歸圖上幾何圖案的分布計算粘滯分布特征指標；

8、s5：將第一粘滯統(tǒng)計特征指標與第二粘滯統(tǒng)計特征指標之間的差值作為粘滯統(tǒng)計特征指標增量，若同時滿足粘滯統(tǒng)計特征指標增量大于預設的粘滯統(tǒng)計閾值且粘滯分布特征指標大于預設的粘滯分布閾值，則表示控制回路中的調節(jié)閥發(fā)生粘滯故障。

9、在上述方案基礎上，各步驟可以采用如下優(yōu)選的具體方式實現(xiàn)。

10、作為優(yōu)選，步驟s1中，標準化處理采用z-score標準化方法。

11、作為優(yōu)選，步驟s2中，相空間重構采用基于takens嵌入定理的坐標延遲法計算高維第一時間序列或者高維第二時間序列中的第i個高維向量xi：

12、xi＝{x(i),x(i+τ),…x(i+(m-1)τ)}i＝1,2,…n-(m-1)τ

13、其中，m表示嵌入維度；τ表示延遲時間；n表示標準化處理后的控制信號或者標準化處理后的誤差信號的長度；x(i),x(i+τ),…x(i+(m-1)τ分別表示標準化處理后的控制信號或者標準化處理后的誤差信號中第i個時間點的采樣值。

14、作為優(yōu)選，使用互信息法分別計算誤差信號的延遲時間參考值以及控制信號的延遲時間參考值，將誤差信號的延遲時間參考值以及控制信號的延遲時間參考值中的最大值作為延遲時間的最終參考值，用于相空間重構。

15、作為優(yōu)選，使用虛假鄰點法分別計算誤差信號的嵌入維度參考值以及控制信號的嵌入維度參考值，將誤差信號的嵌入維度參考值以及控制信號的嵌入維度參考值中的最大值作為嵌入維度的最終參考值，用于相空間重構。

16、作為優(yōu)選，步驟s3中，第一遞歸矩陣或第二遞歸矩陣第i行第j列的元素ri,j計算方式如下：

17、ri,j＝θ(ε-si,j)

18、

19、其中，si,j表示計算第i個高維向量xi和第j個高維向量xj的角距離；θ表示heaviside函數(shù)；ε表示閾值距離。

20、作為優(yōu)選，步驟s3中，當ri,j＝1時將第一遞歸矩陣或第二遞歸矩陣第i行第j列上的元素設置為黑點，當ri,j＝0時將第一遞歸矩陣或第二遞歸矩陣第i行第j列上的元素設置為白點，得到第一遞歸圖以及第二遞歸圖。

21、作為優(yōu)選，步驟s4中，計算第一粘滯統(tǒng)計特征指標sfi_op以及第二粘滯統(tǒng)計特征指標sfi_pv-sp的具體步驟如下：

22、s411：獲取第一遞歸圖以及第二遞歸圖中黑點的位置；

23、s412：遍歷第一遞歸圖中的黑點并為每一個黑點打分，如果被打分的黑點在水平或者垂直方向上存在相鄰黑點，則為相鄰黑點預設分數(shù)，將所有相鄰黑點的分數(shù)相加作為被打分的黑點的分數(shù)，將第一遞歸圖中所有被打分的黑點分數(shù)相加，得到第一總分score1；

24、s413：遍歷第二遞歸圖中的黑點并為每一個黑點打分，如果被打分的黑點在水平或者垂直方向上存在相鄰黑點，則為相鄰黑點預設分數(shù)，將所有相鄰黑點的分數(shù)相加作為被打分的黑點的分數(shù)，將第二遞歸圖中所有被打分的黑點分數(shù)相加，得到第二總分score2；

25、s414：遍歷第一遞歸圖中的黑點并為每一個黑點打分，如果被打分的黑點在對角線上存在相鄰黑點，則為對角線上相鄰黑點預設新的分數(shù)，并滿足新的分數(shù)為預設分數(shù)的兩倍，并將所有對角線上相鄰黑點的分數(shù)相加作為被打分的黑點的分數(shù)，將第一遞歸圖中所有被打分的黑點分數(shù)相加，得到第三總分score3；

26、s415：遍歷第二遞歸圖中的黑點并為每一個黑點打分，如果被打分的黑點在對角線上存在相鄰黑點，則為對角線上相鄰黑點預設新的分數(shù)，并將所有對角線上相鄰黑點的分數(shù)相加作為被打分的黑點的分數(shù)，將第二遞歸圖中所有被打分的黑點分數(shù)相加，得到第四總分score4；

27、s416：將第一總分score1與第三總分score3的比值作為第一粘滯統(tǒng)計特征指標sfi_op：

28、sfi_op＝score1/score3

29、將第二總分score2與第四總分score4的比值作為第二粘滯統(tǒng)計特征指標sfi_pv-sp：

30、sfi_pv-sp＝score2/score4。

31、作為優(yōu)選，步驟s4中，計算粘滯分布特征指標dfi_pv-sp的具體步驟如下：

32、s421：將第二遞歸圖上每一行中的黑點個數(shù)作為時間序列中的一個元素，遍歷第二遞歸圖得到時間序列；

33、s422：計算時間序列的功率譜密度，并將預設頻率范圍內(nèi)的功率譜密度作為最終功率譜密度；

34、s423：計算最終功率譜密度的稀疏性來表征粘滯分布特征指標dfi_pv-sp：

35、

36、其中，nf為預設頻率范圍內(nèi)的頻率總數(shù)；pxx(f)為時間序列l(wèi)的功率譜密度；|·|2表示模值的平方；f表示頻率。

37、作為優(yōu)選，步驟s5中，所述粘滯統(tǒng)計閾值的參考值為0，所述粘滯分布閾值的參考值為0.58。

38、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術而言，具有以下有益效果：

39、本發(fā)明結合了相空間重構，遞歸分析和功率譜分析等多種方法，屬于無監(jiān)督的非線性信號分析方法，提出了粘滯統(tǒng)計特征指標sfi和粘滯分布特征指標dfi，以此表征粘滯帶來的非線性和周期性規(guī)律，僅通過回路參數(shù)實現(xiàn)無監(jiān)督的調節(jié)閥粘滯故障檢測。本發(fā)明所提出的方法有效提取了遞歸圖中的粘滯特征，不僅計算簡單便捷，同時具有高度的可解釋性和準確率，為工業(yè)回路的在線監(jiān)測和性能評估提供了方法基礎。