【碩士論文】控制系統(tǒng)可靠性技術(shù)及其應(yīng)用研究.pdf

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1、浙江大學(xué)博士學(xué)位論文控制系統(tǒng)可靠性技術(shù)及其應(yīng)用研究姓名：張永康申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：工業(yè)自動化指導(dǎo)教師：孫優(yōu)賢19980601浙江大學(xué)博士學(xué)位論文摘要V＼j，，隨著控制理論和微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。建立在計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)和CRT技術(shù)基礎(chǔ)之上的集散型控制系統(tǒng)(DCS)，由于其控制分散、管理集中、易于擴展的特點，正逐步取代集中控制系統(tǒng)而應(yīng)用于工業(yè)過程控制中。這些工業(yè)過程雖然機理各不相同，但都有下述共同的特點：一方面由于生產(chǎn)過程的高復(fù)雜度和高自動化程度，操作人員對自動控制系統(tǒng)的依賴性越來越大；另一方面，如果系

2、統(tǒng)中出現(xiàn)故障，不但會破壞被控設(shè)備、危及操作人員的安全，而且僅僅短期停產(chǎn)造成的損失就會遠遠超過控制系統(tǒng)本身的價格。由此可見，大規(guī)模的工業(yè)過程控制對計算機控制系統(tǒng)的可靠性提出了各方面更嚴格的要求。提高控制系統(tǒng)可靠性有兩種基本途徑：硬件的方法和軟件的方法。提高系統(tǒng)硬件的可靠性是提高整個控制系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)，對硬件系統(tǒng)進行可靠性設(shè)計的基本準(zhǔn)則包括元器件的正確選擇、降額設(shè)計、冗余設(shè)計、飄移設(shè)計、故障模式及影響分析、故障樹分析和人機工程設(shè)計等。提高控制系統(tǒng)可靠性的軟件方法即分析冗余的概念是由Beard博士于1971年首先提出的，它為設(shè)計經(jīng)濟的和高可靠性的容錯控制提供了一條嶄新的

3、途徑。主動容錯控制是指預(yù)先針對故障模式設(shè)計控制器，使系統(tǒng)對這些可能出現(xiàn)的故障具有容錯性，它是更一般意義上的魯棒控制問題。被動容錯控制的目的則是通過對控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理選取，借助系統(tǒng)重構(gòu)方法，盡可能維持故障系統(tǒng)的性能，以避免或減少某些局部故障對系統(tǒng)造成的危害，以維持生產(chǎn)的正常運行。故障檢測和診斷(FDI)是被動容錯控制中的核心，它可分成基于模型的FDI方法、基于知識的FDI方法、基于統(tǒng)計過程控制的FDI方法三種類型廠本文從應(yīng)用的角度出發(fā)，采用不同手段，對蕉墅丕筮可壅絲技術(shù)進行了深入的探討，在綜合分析了控制系統(tǒng)可靠性技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了一些新的方法。、，1．基于神經(jīng)

4、網(wǎng)絡(luò)的失效傳感器辨識和重構(gòu)方法。i本文首先介紹了Dunia(1996)提出的基于PCA的失效傳感器辨識和重構(gòu)方法，該方法比較圓滿地解稔1箭恍謝VI浙江大學(xué)博士學(xué)位論文決了各測量傳感器之間線性相關(guān)時的失效傳感器辨識和重構(gòu)問題。然后，針對各測量傳感器之間非線性相關(guān)的情況，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)把Dunia的方法作了推廣，解決了各測量傳感器之間非線性關(guān)系是單調(diào)連續(xù)時的失效傳感器辨識和重構(gòu)問題，仿真結(jié)果表明此方法的有效性：了2．在NomikosandMacGregor(1994，1995)的研究成果基礎(chǔ)上，詳細介紹了MPCA和MPLS模型的建立過程和間歇過程系統(tǒng)的監(jiān)視和故障檢測方

5、法游把它推廣到能處理多階段間歇過程和間歇過程中數(shù)據(jù)長度不同的情況，提出了基于多模型的聞歇過程監(jiān)視和故障檢測方法。，3．研究了DCS可靠性設(shè)計的基本原則，即系統(tǒng)不易發(fā)生故障原則、系統(tǒng)個產(chǎn)品的一項重要技術(shù)指標(biāo)，但它更是一個企業(yè)的管理水平反應(yīng)的觀點礦4．用元器件應(yīng)力分析法、失效模式效應(yīng)及后果分析法和故障樹分析法分別對SunyTDCS9200系統(tǒng)進行了可靠性預(yù)計，得到了SunyTDCS9200集散控制系統(tǒng)的可靠性定量指標(biāo)。本文的研究結(jié)果表明，基于可靠性設(shè)計的SunyTDCS9200集散型控制系統(tǒng)具有很高的固有可靠性。在論文的應(yīng)用部分，作者以國家“九五”攻關(guān)項目96-728—

6、0801蒸煮過程計算機優(yōu)化控制系統(tǒng)及其商品化為背景，全面介紹了SunyTDCS9200集散型控制系統(tǒng)在福建青州造紙廠制漿分廠蒸煮工段的應(yīng)用。謅}于機理模型，用SunyTDCS9200集散控制系統(tǒng)對其生產(chǎn)過程進行了回路控制和蒸煮終點的預(yù)報，然后針對蒸煮過程具體應(yīng)用出現(xiàn)的可靠性問題進行了分析和處理，包括對傳感器的故障辨識和重構(gòu)等。使用結(jié)果表明，SunyTDCS9200系統(tǒng)不但有很好的性能價格比，而且有很好的可靠性，福建青州造紙廠制漿分廠蒸煮工段在使用了SunyTDCS9200系統(tǒng)后，蒸煮的Kappa值穩(wěn)定，得率也提高了1％多，取得了很好的經(jīng)濟效益。SunyTDCS920

7、0系統(tǒng)已在1997年底通過國家教委組織的鑒定。最后，作者在總結(jié)全文工作的基礎(chǔ)上，指出了若干有待于深入研究的問題?！畯V浙江大學(xué)博士學(xué)位論文ABSTRACTⅦW傾thedevelopmentofthecentreltheoryandmicroelectroniCStechnology,thecomputercontrolsystemsarebecoIIlingmoreandmorewidelyusedinindustrialareas，Thedistributedcomputercontrolsystem∞cs)whichisbasedonthetechnologi