数据驱动的燃气调压器故障可诊断性评价方法及装置

本文件涉及检测，尤其涉及一种数据驱动的燃气调压器故障可诊断性评价方法及装置。

背景技术：

1、燃气输配管网涵盖天然气自门站输送至用户端所需的全部设施，是国内外企业生产、居民生活不可或缺的重要工程，其核心部件为燃气调压器。燃气调压器的作用为自动调节并稳定燃气管网压力，从而满足下游用户的使用需求。为保障天然气能源的正常输配，提高燃气调压器的安全性和可靠性成为必然趋势。然而，燃气调压器在实际运行中受到燃气腐蚀性、气体杂质以及复杂环境等因素的影响，导致调压器阀体、阀口垫、皮膜等元件出现老化、磨损现象，不可避免会引发故障。若燃气调压器发生故障且未能采取有效措施，易导致下游燃气管道泄漏，造成严重的经济损失，甚至是灾难性事故。

2、为提高燃气调压器安全性与可靠性，开展故障诊断研究至关重要，研究内容涉及到故障可诊断性定量评价以及采用的故障诊断方法。目前，燃气调压器故障诊断方法已取得一定成果，但其故障可诊断性评价尚待研究。在燃气调压器设计阶段，若将故障可诊断性定量评价指标纳入调压器综合设计指标，可权衡调压器动静态性能与故障诊断风险。此外，燃气调压器故障可诊断性定量评价指标可为系统的优化配置提供参考依据。针对难以检测的故障情形，可通过合理配置传感器等方法提高故障诊断性能。因此，对燃气调压器开展故障可诊断性定量评价的研究具有重要的实际意义和工程价值。

3、针对故障可诊断性定量评价问题，大多数研究成果适用于解析模型已知的系统。2022年ieee transactions on cybernetics期刊，fu等人的论文“a faultdiagnosability evaluation method for dynamic systems without distributionknowledge”针对难以获取干扰概率分布的动态系统，利用不同情形下均值和协方差矩阵描述系统动态，提出基于马氏距离的故障可诊断性定量评价方法，但该方法适用于能获取较为精确模型信息的系统。针对难以获取模型信息的系统，现有故障可诊断性定量评价相关成果较少。2019年iet control theory&applications期刊，fu等人的论文“data-drivenmethod for the quantitative fault diagnosability analysis of dynamic systems”提出了数据驱动故障可诊断性评价方法，利用k-l散度作为故障可诊断性定量评价指标，但该方法假设干扰概率分布已知。针对难以获取精确模型以及干扰统计信息的系统，其故障可诊断性定量评价方法有待进一步研究。

4、在燃气调压器实际运行过程中，由于燃气流量的变化以及温度、湿度等环境因素的影响，通常难以获取精确的燃气调压器模型信息和干扰的概率分布信息。此时，数据驱动的燃气调压器故障可诊断性定量评价技术成为重要手段，数据驱动燃气调压器故障可诊断性评价问题有待解决。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种数据驱动的燃气调压器故障可诊断性评价方法及装置，旨在解决现有技术中的上述问题。

2、本发明提供一种数据驱动的燃气调压器故障可诊断性评价方法，包括：

3、采集燃气调压器正常运行数据，并利用故障数据构建不同情形下输入和输出数据集；

4、利用燃气调压器正常运行数据，构建数据驱动输入和输出hankel矩阵；

5、根据数据驱动输入和输出hankel矩阵建立数据驱动集成矩阵，并对其进行lq分解，获取线性映射参数矩阵；

6、对线性映射参数矩阵进行奇异值分解，给出数据驱动稳定核表示矩阵的一组可行解；

7、根据数据驱动稳定核表示矩阵的一组可行解，设定残差权值矩阵，构建数据驱动故障诊断残差产生器；

8、基于数据驱动故障诊断残差产生器，估算未发生故障情形以及不同故障发生情形残差均值，计算故障可诊断性定量评价指标。

9、本发明提供一种数据驱动的燃气调压器故障可诊断性评价装置，包括：

10、采集构建模块，用于采集燃气调压器正常运行数据，并利用故障数据构建不同情形下输入和输出数据集；

11、第一构建模块，用于利用燃气调压器正常运行数据，构建数据驱动输入和输出hankel矩阵；

12、第一分解模块，用于根据数据驱动输入和输出hankel矩阵建立数据驱动集成矩阵，并对其进行lq分解，获取线性映射参数矩阵；

13、第二分解模块，用于对线性映射参数矩阵进行奇异值分解，给出数据驱动稳定核表示矩阵的一组可行解；

14、第二构建模块，用于根据数据驱动稳定核表示矩阵的一组可行解，设定残差权值矩阵，构建数据驱动故障诊断残差产生器；

15、计算模块，用于基于数据驱动故障诊断残差产生器，估算未发生故障情形以及不同故障发生情形残差均值，计算故障可诊断性定量评价指标。

16、本发明实施例还提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述数据驱动的燃气调压器故障可诊断性评价方法的步骤。

17、本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现上述数据驱动的燃气调压器故障可诊断性评价方法的步骤。

18、采用本发明实施例，适用于不同类型燃气调压器，提出的燃气调压器故障可诊断性定量评价指标能够有效评价故障诊断的难易程度,为燃气调压器系统的优化设计及故障诊断算法的合理选取提供一种参考依据。

技术特征：

1.一种数据驱动的燃气调压器故障可诊断性评价方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采集燃气调压器正常运行数据，并利用故障数据构建不同情形下输入和输出数据集具体包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用燃气调压器正常运行数据，构建数据驱动输入和输出hankel矩阵具体包括：

4.根据权利要3所述的方法，其特征在于，根据数据驱动输入和输出hankel矩阵建立数据驱动集成矩阵，并对其进行lq分解，获取线性映射参数矩阵具体包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对线性映射参数矩阵进行奇异值分解，给出数据驱动稳定核表示矩阵的一组可行解具体包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据数据驱动稳定核表示矩阵的一组可行解，设定残差权值矩阵，构建数据驱动故障诊断残差产生器具体包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于数据驱动故障诊断残差产生器，估算未发生故障情形以及不同故障发生情形残差均值，计算故障可诊断性定量评价指标具体包括：

8.一种数据驱动的燃气调压器故障可诊断性评价装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的数据驱动的燃气调压器故障可诊断性评价方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的数据驱动的燃气调压器故障可诊断性评价方法的步骤。

技术总结
本说明书实施例提供了一种数据驱动的燃气调压器故障可诊断性评价方法及装置，其中，方法包括：采集燃气调压器正常运行数据，并利用故障数据构建不同情形下输入和输出数据集；构建数据驱动输入和输出Hankel矩阵；建立数据驱动集成矩阵，并对其进行LQ分解，获取线性映射参数矩阵；对线性映射参数矩阵进行奇异值分解，给出数据驱动稳定核表示矩阵的一组可行解；设定残差权值矩阵，构建数据驱动故障诊断残差产生器；基于数据驱动故障诊断残差产生器，估算未发生故障情形以及不同故障发生情形残差均值，计算故障可诊断性定量评价指标。

技术研发人员：宋洋
受保护的技术使用者：北京建筑大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21