直埋阀门故障容错控制方法及系统与流程

本发明涉及故障控制，是直埋阀门故障容错控制方法及系统。

背景技术：

1、直埋阀门是指安装在地下埋设的管道中的阀门，用于控制气体或液体的开关，具有调节和防止回流等功能。它通常用于城市燃气供应、给水系统、排水系统以及油气输送管道等应用中。直埋阀门除了长期埋在地下，受到地下环境中的潮湿、腐蚀等因素的影响，使阀门材料逐渐老化而出现故障以外；在城市地下管道系统中，地铁、高铁等高速列车在直埋阀门附近土层经过时，运行产生的振动和噪音可能会传导到地下管道和阀门上，对其造成一定程度的影响。这可能导致阀门产生共振或振动，从而影响其正常工作。此外，地铁运行时车辆经过管道附近，可能会引起振动和冲击，对直埋燃气阀门产生额外的应力和压力，大大增加了阀门故障的可能性和阀门的失效风险。

2、在现有已公开的发明技术中，如申请公开号为cn116300470a的专利公开了一种基于给水阀门通信故障的异步输出反馈控制方法，包括s1、根据重介分选悬浮液密度控制的物理模型，考虑实际中的非线性和随机因素，建立基于连续时间t-s模糊markov跳变模型的状态空间方程；s2、设计基于隐马尔可夫模型(hmm)的非脆弱异步输出反馈控制器，得到具有给水阀门通信故障的随机闭环系统，并建立符合分选过程可靠性的重介质分选随机稳定性和h∞性能指标充分条件；s3、基于李雅普诺夫理论，根据随机稳定性和h∞增益性能的要求建立矩阵不等式约束条件，求解控制器增益矩阵；s4、在重介分选悬浮液密度控制系统给水阀门通信发生故障的情况下，控制系统的状态响应随时间趋于稳定，使得重介分选悬浮液密度控制系统具有随机稳定性和h∞增益性能。

3、上述专利需要进行大量的建模、仿真和求解工作，需要使用各种先进的数学工具和软件，故障控制成本较高；同时上述专利需要大量数据支持，其有效性和稳定性都依赖于所建立的物理模型准确性。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、本发明所要解决的技术问题是针对由于高速列车经过时对直埋阀门产生的振动导致的阀门故障，进行阀门状态监测和容错控制，降低了直埋阀门工作时的失效风险，提出了直埋阀门故障容错控制方法及系统。

3、为了达到上述目的，本发明直埋阀门故障容错控制方法的技术方案包括如下步骤：

4、s1：将直埋阀门和管道等模型置于振动台上，通过调整振动频率和振幅，模拟高速列车经过时土层的振动情况；

5、s2：测量直埋阀门的振动响应数据，实时采集阀门状态数据并提取阀门故障状态数据时刻的阀门截面图像数据；

6、s3：构建多元威胁分析模型，计算评估直埋阀门的实时性能威胁系数；

7、s4：根据s2-s3，对直埋阀门故障类型进行阈值判断；

8、s5：针对不同的故障类型执行不同的容错控制策略。

9、具体地，所述直埋阀门的振动响应数据包括：通过速度传感器采集列车实时运行车速vt、列车实时所处轨道位置距离直埋阀门的直线距离dt、直埋阀门的埋地深度h。

10、具体地，所述阀门状态数据的采集包括：采集t时间内，阀门顶端的振动位移数据x1和阀门底端的振动位移数据x2；其中t为高速列车经过对直埋阀门产生影响时，直埋阀门产生位移的持续时长。

11、具体地，阀门状态数据中故障状态数据的判断包括：

12、s201：对阀门状态数据进行峰值监测，其中x为直埋阀门最大安全振动位移值；

13、当时，判断状态数据正常，继续采集阀门的振动位移数据；

14、当时，判断状态数据异常，执行步骤s202；

15、s202：采集阀门流量入口处的上、下、左、右四个位置的温度数据zt,1,zt,2,zt,3,zt,4；采集阀门流量出口处的上、下、左、右四个位置的温度数据st,1,st,2,st,3,st,4，其中t为监测时间点；

16、s203：对阀门的温度数据进行差值监测，其中z为阀门流量入口处的标准温度差值，s为阀门流量出口处的标准温度差值，zt,max为阀门流量入口处的温度数据中的最大值，zt,min为阀门流量入口处的温度数据中的最小值，st,max为阀门流量出口处的温度数据中的最大值，st,min为阀门流量出口处的温度数据中的最小值；

17、当zt,max-zt,min≤z且st,max-st,min≤s时，判断温度数据正常，继续采集阀门的温度数据；

18、当zt,max-zt,min＞z且st,max-st,min＞s时，判断温度数据异常，执行步骤s204；

19、s204：采集直埋阀门内截面的阀门截面图像，进行灰度值的动态分析。

20、具体地，所述直埋阀门的实时性能威胁系数的计算策略如下：

21、

22、其中，αt为在监测时间点为t时，直埋阀门的性能威胁系数；

23、α1为阀门的振动位移的威胁系数；

24、α2为阀门的温度数据的威胁系数；

25、λ1为振动位移的威胁权重；λ2为阀门温度数据的威胁权重。

26、具体地，所述直埋阀门故障类型进行阈值判断包括：

27、当α1≤w1时，判断直埋阀门的故障为类型一；

28、当α1＞w1但α2≤w2时，判断直埋阀门的故障为类型二；

29、当α1＞w1且α2＞w2时，判断直埋阀门的故障为类型三。

30、具体地，所述s5包括：

31、当直埋阀门的故障为类型一时，直埋阀门由于高速列车的经过产生故障，但仍能正常运行，继续执行监测控制；

32、当直埋阀门的故障为类型二时，直埋阀门由于高速列车的经过产生故障，阀门性能降级，执行降低阀门实时通过流量的容错策略；

33、当直埋阀门的故障为类型三时，直埋阀门由于高速列车的经过产生故障，阀门性能进入风险工作状态，切换备用阀门并向监管上级弹出报警反馈。

34、另外，本发明直埋阀门故障容错控制系统包括如下模块：

35、阀门工况模拟模块、阀门工作数据采集模块、阀门性能实时评估模块、阀门故障类型判断模块、阀门故障容错控制模块；

36、阀门工况模拟模块用于将直埋阀门和管道等模型置于振动台上，通过调整振动频率和振幅，模拟高速列车经过时土层的振动情况；

37、阀门工作数据采集模块用于测量直埋阀门的振动响应数据，实时采集阀门状态数据并提取阀门故障状态数据时刻的阀门截面图像数据；

38、阀门性能实时评估模块用于构建多元威胁分析模型，计算评估直埋阀门的实时性能威胁系数；

39、阀门故障类型判断模块用于对直埋阀门故障类型进行阈值判断；

40、阀门故障容错控制模块用于针对不同的故障类型执行不同的容错控制策略。

41、一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行上述任一项所述的直埋阀门故障容错控制方法。

42、一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项的直埋阀门故障容错控制方法。

43、与现有技术相比，本发明的技术效果如下：

44、1、本发明通过模拟高速列车经过时土层的振动情况，能够更好地了解直埋阀门在振动环境下的响应，从而识别潜在的故障风险和设备状态。实时采集阀门状态数据和图像数据，可以及时监测阀门的工作状态，并对可能的故障类型进行阈值判断，从而及时采取容错控制策略，有效降低设备故障的风险，提高设备的安全性。

45、2、本发明通过精确测量和监测直埋阀门的振动响应数据，可以更准确地了解阀门的实时性能状态，掌握设备运行情况。构建多元威胁分析模型，计算评估直埋阀门的实时性能威胁系数，可以提前预测潜在的故障，并采取相应的容错控制策略，及时修复或更换故障设备，减少生产中断和维修成本，从而减少生产损失。