并引入一组与yt长度相同 的，独立同分布的任意高斯信号作为参考扰动信号xt; 所述过程输出信号为控制回路中的压力、温度、流量或液位数据； 步骤2,分别将过程输出信号yt和参考扰动信号xt切分为M个信号段，并对每一信号 段进行离散傅里叶变换，得到相应的频谱函数K/；)和1(/>丨 步骤3,得到频谱函数后，依据信号的双谱函数的直接估算法，分别计算 出过程输出信号和参考扰动信号的双谱函数5,^_/:：)和54/^ /2),然后依据双相干谱函 数的归一化估算方法，分别得到过程输出信号和参考扰动信号的归一化的双相干谱函数
步骤4,得到双相干谱函数尸,.{；/，/2>和/>"/,/2)后，依据信号的改进的倒双谱的定义及 估算方法，得到相应信号的改进的倒双谱和cmh：)，从而得到衡量待测控制回 路的改进的倒双谱 步骤5,在控制回路为线性的前提下，根据改进的倒双谱ch(ni，n2)应满足的特性，构 造统计指标q，以置信度为a下的监控线％作为先验值，由待测控制回路的改进的倒双谱 得到检测指标&将指标g与q〇进行比较，从而判断待测控制回路中是否存在非 线性。
2. 如权利要求1所述的基于改进的倒双谱分析的控制回路非线性检测方法，其特征在 于，步骤（2)对信号段进行离散傅里叶变换前，将各个信号段进行预处理； 所述预处理：将每个信号段中的信号减去该信号段中的信号均值，然后采用汉宁窗函 数处理； 所述信号均值为信号加和/信号段长度。
3. 如权利要求2所述的基于改进的倒双谱分析的控制回路非线性检测方法，其特征在 于，每个信号段的长度、汉宁窗的长度以及离散傅里叶变换得到的频谱函数的长度均为N。
4. 如权利要求3所述的基于改进的倒双谱分析的控制回路非线性检测方法，其特征在 于，N的取值为2n，n为6~8的整数。
5. 如权利要求1所述的基于改进的倒双谱分析的控制回路非线性检测方法，其特征在 于，M个信号段中相邻信号段的重叠率为25~75%。
6. 如权利要求1所述的基于改进的倒双谱分析的控制回路非线性检测方法，其特征 在于，步骤3所述的过程输出信号和参考扰动信号的归一化的双相干谱函数和 /3,(乂,./2)由以下步骤得到： 步骤3-1，依据信号的双谱函数的直接估算法，分别得到过程输出信号和参考扰动信号 的双谱函数5r (/；，/2)和队(?); 所述信号的双谱函数的直接估算法公式如下：
其中，/5m；)是信号的双谱函数的估计量； M是信号段数目； i表示第i个信号段，i= 1，2, 3,…，M; f\，f2为双谱函数的频域自变量； K/：).表示离散傅里叶变换得到的频谱函数； <(/)表示Z,_(/)6勺共车尼函数；； 步骤3-2,依据信号的双相干谱函数的归一化估算方法，得到过程输出信号和参考扰动 信号的归一化的双相干谱函默P,.(/;,/;)和 所述信号的双相干谱的归一化估算方法公式如下：
其中，P.m：)是信号的双相干谱函数的估计量。
7.如权利要求1所述的基于改进的倒双谱分析的控制回路非线性检测方法，其特征在 于，步骤4所述的改进的倒双谱由以下步骤得到： 步骤4-1，依据信号的改进的倒双谱的定义及估算方法，得到相应信号的改进的倒双谱 A A 所述信号的改进的倒双谱的定义如下： C[n'，n2) =TF'(log^/P(./；,/2))); 其中，C(ni，n2)表示改进的倒双谱； 表示离散的时域自变量； Pz(f"f2)表示信号的双相干谱函数； TF4表示逆傅里叶变换； 所述信号的改进的倒双谱的估算方法如下：
其中，C_〇7p/7，；)表示改进的倒双谱的估计量； N表示离散傅里叶变换的得到的频谱函数的长度；j表示虚数单位； 步骤4-2,利用过程输出信号和参考扰动信号的改进的倒双谱和 得到可以衡量控制回路的改进的倒双谱，公式如下：
其中，n2表示离散的时域自变量。
8.如权利要求1所述的基于改进的倒双谱分析的控制回路非线性检测方法，其特征在 于，步骤5所述的判断待测控制回路中是否存在非线性，步骤如下： 步骤5-1，在控制回路为线性的前提下，改进的倒双谱Ch(ni，n2)应满足仅在ni= 0,n2 =0或ni=n2时取非零值的特性，依据此特性，统计指标q的公式如下：
其中，K为统计指标的计算上界； 在控制回路为线性的前提下，根据蒙特卡洛方法得到统计指标q的概率分布密度，确 定在置信度a下的监控线q(l，置信度a的取值为0.95~0.99; 步骤5-2,根据待测控制回路的改进的倒双谱G,(/7|,/72)得到检测指标 g， 检测指相
将检测指标g与置信度为a下的监控线％进行比较，从而判断待测控制回路中是否存 在非线性； 表示控制回路存在非线性4<%或9 = &表示控制回路不存在非线性。
【专利摘要】本发明公开了一种基于改进的倒双谱分析的控制回路非线性检测方法，包括以下步骤：(1)在待测控制回路中，采集一组过程输出信号yt，并引入一组参考扰动信号xt；(2)分别将yt和xt切分为若干信号段，并对每一信号段进行离散傅里叶变换，得到频谱函数和(3)依据双相干谱函数的归一化估算方法，得到双相干谱函数和(4)依据倒双谱的估算法，得到衡量控制回路的改进的倒双谱(5)由倒双谱得到检测指标以监控线q0作为先验值，将指标与q0进行比较，判断待测控制回路中是否存在非线性。本发明只需要获取工业控制回路的输出数据，就能够对工业控制回路的非线性进行检测，并且可以克服传统非参数的非线性检测方法对数据长度的依赖性。
【IPC分类】G05B23-02
【公开号】CN104808643
【申请号】CN201510083035
【发明人】谢磊, 王培宇
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年2月15日