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当期目录

    2015年, 第49卷, 第06期 刊出日期:2015-06-29 上一期    下一期
    自动化技术、计算机技术
    基于核质量潜结构投影的非线性过程质量监测方法
    胡静1,王春霞2,文成林2,李平1
    2015,49 (06):  737-742. 
    摘要 ( 559 )  

    摘要:  提出一种与质量相关的核潜结构投影方法,并将其应用于非线性过程的质量监测中.结果表明,与KPLS方法在过程潜变量空间监测质量相关的变化不同,新方法通过将质量变量空间进一步分为3个子空间,实现了对包含能被过程解释的质量部分以及不能被过程解释的质量部分的完整质量监测.同时,通过TE仿真案例验证了新方法的有效性.

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    间歇过程复合迭代学习容错保性能控制器设计
    王立敏1,2,周东华1,朱城杰2
    2015,49 (06):  743-750. 
    摘要 ( 533 )  

    摘要:  针对具有执行器故障和状态时滞的间歇过程,主要考虑输出反馈与迭代学习控制相结合,即复合迭代学习可靠保性能控制器设计问题,将具有时滞的故障系统转化为等价的2DFM 模型的时滞系统,在等价模型基础上,提出了基于2D 动态输出反馈的鲁棒迭代学习可靠保性能控制策略,建立了依赖于时滞、确保系统稳定且具有最优性能的充分条件,并提出具有拓展学习信息的鲁棒迭代学习容错保性能控制的优化设计算法,同时,考虑了时滞对系统稳定性及性能的影响,实现了当系统发生执行器失效故障且在故障允许范围内时闭环系统的平稳运行,并具有最优的控制性能.另外,以注射成型过程保压段的喷嘴压力设计控制律为例验证了所提方法的有效性.

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    基于EEMD和SVM的冷轧机垂直振动相关故障的诊断
    杨旭1,彭开香1,罗浩2,KRUEGER Minjia2,宗大桥1,DING Steven X2
    2015,49 (06):  751-756. 
    摘要 ( 553 )  

    摘要:  通过对冷板带轧机垂直振动过程的机理进行分析,结合轧机系统结构模型,建立含振动因素的冷轧机垂向系统动态轧制力模型.考虑复杂工况下,轧机在生产不同规格带钢时,由工艺参数波动等广义故障所致轧机垂直振动现象,基于工业现场数据进行数据驱动的故障诊断算法研究.采用集成经验模态分解算法对实测轧制力信号进行分解,选取有效的固有模态函数的能量作为特征向量,并将其输入到支持向量机分类器中,通过分类器对正常状态和故障状态进行区分,以实现轧机振动相关故障的准确诊断.

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    分布式测量下闭环系统的故障检测
    刘洋,何潇,周东华
    2015,49 (06):  757-761. 
    摘要 ( 498 )  

    摘要:  研究了一类含分布式测量的闭环系统故障检测问题.系统中存在的未建模动态使得反馈控制对残差信号以及故障检测性能产生影响,在设计残差生成器增益时需考虑反馈控制律.系统被多个分布式传感器节点同时测量,各节点可以与相邻节点通信.在存在模型不精准和分布式测量的情况下,基于最小二乘准则设计分布式残差生成器,每个节点都利用自身测量和相邻节点测量生成残差信号并判断系统中是否有故障发生.该残差生成器可以利用递推方法设计,因此适用于在线应用.仿真实验表明了本方法的有效性.

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    多采样率主元分析的过程故障检测
    丛亚,葛志强,宋执环
    2015,49 (06):  762-767. 
    摘要 ( 529 )  

    摘要:  针对多采样率过程监测问题,提出了一种基于多采样率主元分析的故障检测方法.该方法构建了一种重新采样机制,直接利用多采样率数据计算模型中的协方差矩阵,充分利用了样本中的大量不完整数据信息,减小了多采样率数据带来的偏差,给出了离线建模和在线故障检测算法.分别在数值平台和Tennessee Eastman (TE)工业平台进行了仿真分析.仿真结果表明,所提出的方法更适合多采样率过程的故障检测,效果良好.

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    一种基于鲁棒残差生成器的故障估计方法
    秦利国a,何潇a,b,周东华a,b
    2015,49 (06):  768-774. 
    摘要 ( 523 )  

    摘要:  针对具有加性执行器或元部件故障的线性系统,在独立故障的个数大于独立测量个数的情况下,提出了一种基于鲁棒残差生成器的故障估计方法.该故障估计方法是基于鲁棒残差生成器实现的,不需要额外设计动态的故障估计器.故障估计的实现需要:设计编码集;基于编码集设计鲁棒残差生成器;利用编码集和鲁棒残差生成器的输出实现故障分离和故障的渐近估计.给出了本方法的适用的充分条件,并证明了故障估计误差的渐近收敛性.最后,针对具有加性执行器故障的线性系统,基于几何方法设计鲁棒残差生成器,并进行了故障检测、故障分离和故障估计的仿真.仿真结果验证了本故障估计方法的有效性.

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    非高斯过程与微小故障的故障检测方法
    郭天序,陈茂银,周东华
    2015,49 (06):  775-779. 
    摘要 ( 871 )  

    摘要:  针对生产过程中数据服从非高斯分布的故障检测问题进行了讨论,给出了一个改进的基于稀疏表示的故障检测方法,并通过构建重构误差控制限和距离控制限区间,提高了基于稀疏表示的故障检测水平;给出了在统一框架下的微小故障检测方法,并通过在微小故障字典矩阵中引入时间常数t来提高针对微小故障的检测水平;通过两例数值仿真验证了方法的有效性,并与经典的基于主元分析的故障检测方法进行了对比.结果表明,所提出的方法在上述2种情况下的故障检测水平均超过基于主元分析的故障检测水平.
    关键词:  稀疏表示; 非高斯过程; 微小故障; 故障检测
    中图分类号:  TP 277文献标志码:  A

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    基于阈值故障子空间提取算法的多重故障重构
    宁超,陈茂银,周东华
    2015,49 (06):  780-785. 
    摘要 ( 632 )  

    摘要:  在统一框架下考虑了多重传感器故障的故障检测与故障重构问题.传感器的多种失效模式给过程监控和故障重构带来了一定的挑战.首先,提出一种可以同时表示加性和乘性传感器故障的故障模型.从数据驱动的角度出发,多重故障可检测性的必要条件和充分条件通过RayleighRitz引理被推导出来.进一步,提出了一种基于阈值故障子空间提取算法的多重故障重构方法.数值仿真表明,所提出的故障重构方法在重构误差指标方面明显优于传统的故障重构方法,验证了文中给出的主要结果.
    关键词:  多重故障; 故障检测; 故障重构; 阈值故障子空间提取
    中图分类号:  TP 277文献标志码:  A

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    考虑重构切换瞬态特性的新型容错控制器设计
    余翔1,张友民2,1
    2015,49 (06):  786-792. 
    摘要 ( 708 )  

    摘要:  基于容错控制系统因重构控制切换而引起故障后系统瞬态特性要求的考虑,提出针对执行机构故障的一种新型容错控制器设计的方法.其基本思路是将基于参考模型的自适应调节机构集成于容错控制器的设计.该设计方法一方面保证了重构控制器切换时具备良好的瞬态性能,同时也保障了故障发生时和发生后系统的安全性.仿真实例验证了该设计方法的有效性.

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    基于多传感器信息融合的机器人故障诊断
    王秀青1,侯增广2,曾慧3,吕锋1,潘世英1
    2015,49 (06):  793-798. 
    摘要 ( 870 )  

    摘要:  提出一种新型的多传感器信息融合方法,并将此方法与支持向量机相结合,针对生产装配线上机械手在向抓握物体位置行进时遇到的机械手受阻、前方碰撞、除前方外其他方向碰撞3种故障形式进行诊断;通过适当融合向量的选取、支持向量机模型参数的寻优,成功地对3种故障进行了诊断;同时,对多传感器信息融合方法中的融合向量属性数量的选择进行了分析.结果表明,在传感器测量数据一定的条件下,融合数据属性数量的选取对融合向量样本的数量、分类的准确率均有影响.

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    基于变元统计分析的微小故障检测
    尚骏,陈茂银,周东华
    2015,49 (06):  799-805. 
    摘要 ( 553 )  

    摘要:  微小故障检测对于预防重大事故的发生具有重要的意义.针对微小故障的检测问题,提出了一种变元统计分析算法(Transformed Component Statistical Analysis, TCSA).该算法对滑动时间窗口内的数据进行处理并提取变元(Transformed Component, TC),进而对变元的统计特性(均值,方差,偏度,峰度等)进行监控,以实现对微小故障的检测.该方法所提取的变元即标准化后数据的线性组合,其统计特性能反映出系统运行在正常工况下的某些不变量,而某些微小故障会打破这些平衡,进而实现对故障的检测.通过数值仿真和田纳西伊斯曼过程案例的研究,表明TCSA能够对微小传感器故障和过程故障实现有效检测.

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    存在执行器故障的多智能体系统的容错一致性
    张旭,陈茂银,王凌,周东华
    2015,49 (06):  806-811. 
    摘要 ( 620 )  

    摘要:  考虑了同时存在执行器故障以及外部扰动下领航跟随多智能体系统的容错一致性问题,其中,执行器故障由执行器增益变化来刻画;针对可能的执行器故障,设计具有自适应增益的补偿控制律,并与标称控制律共同作用来实现容错一致性,在进行增益系数以及控制律设计中,均采用相对输出信息而非相对状态信息;通过分析闭环跟踪误差系统的渐近稳定性,给出原来多智能体系统实现容错一致性所需满足的条件.结果表明,在未知扰动以及领航者输入范数满足一定条件下,通过适当选择参数可以实现容错一致性的目标.最后,采用数值仿真验证了所得结果的有效性.

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    线性离散系统间歇故障的鲁棒检测方法
    鄢镕易a,何潇a,b,周东华a,b
    2015,49 (06):  812-818. 
    摘要 ( 538 )  

    摘要:  针对一类存在未知扰动、过程噪声和测量噪声的离散线性随机动态系统,研究了其鲁棒间歇故障检测问题.设计了降维未知输入观测器的输出,通过引入滑动时间窗口构造了截断残差信号,使得该残差信号对未知扰动解耦而对间歇故障敏感;针对间歇故障的发生时刻和消失时刻,分别提出了2个假设检验,在给定误报率和漏报率的情况下,分别定量确定了间歇故障发生时刻和消失时刻的检测阈值以满足检测性能要求,并在概率框架下分析了间歇故障的可检测性.同时,在某卫星模型上对所提出的方法进行了仿真验证.结果表明,所提出的方法能够快速、准确地检测出间歇故障的发生时刻和消失时刻.

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    多机编队系统的协同容错控制
    史建涛,何潇,周东华
    2015,49 (06):  819-824. 
    摘要 ( 563 )  

    摘要:  研究了一类随机时变多机编队系统执行器故障下的协同容错控制问题.通过求解两组耦合的反向递推Riccati方程,得到适当的分布式协同容错控制律,使得该多机编队系统的协同跟踪误差在有限时间域[0,T]内有界,并且满足预定的H∞和H2性能指标约束.仿真结果验证了所提方法的有效性.

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    小样本下基于特征子空间估计的故障诊断算法
    侯彦东,闫治宇,金勇
    2015,49 (06):  825-829. 
    摘要 ( 606 )  

    摘要:  为解决PCA (Principal Component Analysis)因样本数目少而无法得到稳健协方差矩阵问题,根据主元分析的几何意义,引入CS分解贝叶斯空间估计的思想,将协方差矩阵问题转化成特征子空间估计问题.首先根据大量历史数据运用PCA离线建立SPE(Squard Prediction Error)统计量阈值和故障模式特征子空间矩阵库,当在线检测到系统存在异常情况时,由于受一定的环境影响只能得到小样本故障数据,利用本文方法可估计出小样本数据的特征子空间矩阵;然后通过对比特征子空间与故障模式特征子空间的相似性,完成故障诊断.最后通过仿真验证了此方法的可行性和有效性.

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    k近邻补值方法在工业过程故障诊断中的应用
    李元1,吴杰1,王国柱2
    2015,49 (06):  830-836. 
    摘要 ( 684 )  

    摘要:  针对贡献图分析方法在故障分离方面存在拖尾效应以及不能准确定位故障变量的问题,提出一种将k近邻(kNearest Neighbor, kNN)补值与传统贡献图相结合的故障定位方法.首先利用主成分分析建模并求取综合控制指标;然后将kNN方法与综合控制指标相结合初步提取故障变量;最终用贡献图从初步提取的故障变量中确定故障根源,该方法有效地避免了正常变量的贡献值对最终诊断结果的影响.本文运用数值算例和TE过程进行仿真,并将该方法与基于重构的贡献方法比较,验证了算法的准确性和有效性.

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    基于终端滑模观测器的水下机器人推进器故障重构
    褚振忠1,朱大奇1,张铭钧2
    2015,49 (06):  837-841. 
    摘要 ( 561 )  

    摘要:  研究了基于终端滑模观测器的水下机器人推进器故障重构方法.针对传统滑模观测器中状态估计误差渐进收敛而影响推进器故障重构时效性的问题,利用终端滑模所具有的有限时间收敛特性,构建终端滑模观测器以保证所有的状态估计误差在有限时间内收敛,并利用等效输出误差注入方法重构推进器故障值.通过仿真对所提方法进行有效性验证.

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    基于多元统计分析的故障检测方法
    纪洪泉,何潇,周东华
    2015,49 (06):  842-848. 
    摘要 ( 790 )  

    摘要:  作为数据驱动故障检测方法中的重要分支,基于多元统计分析的故障检测方法主要包括主元分析、偏最小二乘、独立元素分析和费舍尔判别分析.本文回顾了上述几种方法,包括数据模型、故障检测的原理及方法优劣.仿真实验说明了几种方法的特性及其故障检测的效果,并探讨了基于数据故障检测方法中的一些问题.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    混杂系统故障诊断的粒子滤波器方法
    李雄杰1,2,周东华2
    2015,49 (06):  849-854. 
    摘要 ( 496 )  

    摘要:  针对混杂系统故障诊断难题,在对混杂系统描述的基础上,根据混杂系统的随机滤波公式,给出了混杂系统状态估计及离散模态识别的粒子滤波算法,并将此算法扩展到混杂系统状态与参数的联合估计,最后利用修正的Bayes算法作出故障判决,实现了混杂系统的故障诊断.通过对两容水箱这个典型混杂系统的仿真实验,结果表明,此方法不仅能准确、快速地诊断出混杂系统故障,而且在故障发生时能够保持比较高的状态与参数估计精度.本方法可推广应用于混杂系统的自适应滤波、可靠性预测、容错控制等领域.

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    具有不确定测量的非线性随机退化系统剩余寿命预测
    司小胜1,胡昌华1,李娟2,孙国玺3,张琪1
    2015,49 (06):  855-860. 
    摘要 ( 94 )  

    摘要:  提出了一类同时考虑不确定测量和非线性随机退化的退化建模方法,通过Kalman滤波技术对受不确定测量影响的潜在退化状态进行实时估计;基于此,通过首达时间的概念得到了同时考虑退化非线性特征、退化状态不确定性及测量不确定性的剩余寿命分布;此外,提出了一种基于极大似然方法的退化模型参数估计方法,并通过陀螺仪的退化测量数据验证了所提方法可以提高剩余寿命估计的准确性.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    一种改进的结合边缘检测的去雾新方法
    黄大荣,方周,赵玲
    2015,49 (06):  861-867. 
    摘要 ( 120 )  

    摘要:  暗原色去雾算法复原的图像会出现边缘效应,为此提出了一种改进的基于暗原色理论的去雾算法.首先计算出图像的暗色图,并使用小波分解算法将暗色图像向下采样一次;然后在小波分解的平滑部分计算大气光和图像的暗原色,提取出平滑部分的边缘信息,并使用形态学对其进行膨胀获得相应的二值边缘图像;接着对二值边缘图像所在区域的暗原色及非边缘处的暗原色分别进行优化;最后,将优化后的暗原色使用小波重构算法向上采样,并据此计算出图像透射率,结合去雾模型复原到清晰的无雾图像.实验证明,该方法在很好地去除边缘效应的同时,极大地减少了算法时间复杂度,满足实时要求.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于局部邻域标准化策略的多工况过程故障检测
    郭红杰1,徐春玲2,侍洪波1
    2015,49 (06):  868-875. 
    摘要 ( 79 )  

    摘要:  为满足实际工业过程中的生产需求,复杂的化工过程往往会包含多种运行模态,而且过程数据不再单一地服从高斯分布或非高斯分布.过程数据的多工况分布特性以及同一工况下数据分布的不确定性使得传统的多元统计方法无法得到满意结果.针对复杂化工过程中多工况以及复杂数据分布的问题,提出一种基于局部邻域标准化策略(Local Neighborhood Standardization, LNS)的故障检测方法.首先,运用局部邻域标准化策略对历史数据集进行预处理,并充分考虑到邻域密度,再通过局部密度因子(Local Density Factor, LDF)构造监控统计量,进而对工业过程数据进行在线故障检测,最后通过数值例子和Tennessee Eastman(TE)过程验证本文方法的有效性.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于奇异值分解和叠加法的慢速小目标检测算法
    高敬礼1,文成林2,刘妹琴1
    2015,49 (06):  876-883. 
    摘要 ( 162 )  

    摘要:  在图像集同一像素位置噪声满足遍历性的条件下,分析了利用叠加法进行目标检测的可行性,在此基础上提出了一种基于叠加法的慢速小目标检测算法.首先,分析了目标不重叠、完全重叠和部分重叠时,目标合成图像和噪声合成图像的能量变化情况,分析表明随着叠加次数的增加,噪声合成图像的能量衰减快于目标合成图像,从而保证了合成图像中目标与噪声能量比的增加,为利用叠加法进行目标检测提供了可行性.其次,根据合成图像的奇异值特性,利用标准化奇异值的不均匀变化完成了目标检测.同时,仿真验证了目标合成图像和噪声合成图像的能量衰减情况,分析了叠加次数、目标尺寸与强度对目标可检测性的影响.

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    基于EKF的无人机飞行控制系统故障检测
    刘晓东,钟麦英,柳海
    2015,49 (06):  884-888. 
    摘要 ( 139 )  

    摘要:  无人机飞行控制系统是一种典型的多传感器闭环控制系统,其执行机构与传感器故障会严重影响系统的安全性与可靠性,针对无人机飞行控制系统故障检测问题的研究具有重要的意义.本文考虑了一类无人机闭环非线性飞行控制系统的故障检测问题,针对风扰动影响下无人机纵向非线性系统模型,设计基于扩展卡尔曼滤波器的残差产生器,并应用χ2检验对残差进行评价,实现无人机闭环控制系统的故障检测.同时,基于某型无人机Simulink仿真平台进行仿真实验.结果表明,所提出的方法能够实现空速管堵塞故障和升降舵部分失效故障的检测.
    关键词:  无人机; 飞行控制系统; 扩展卡尔曼滤波; 故障检测
    中图分类号:  TP 206文献标志码:  A

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    带扰动的线性系统微小故障早期诊断方法
    柳春,姜斌,张柯,吴云凯
    2015,49 (06):  889-896. 
    摘要 ( 78 )  

    摘要:  针对带有未知扰动的线性系统微小故障的早期诊断,提出一类综合自适应滑模观测器方法,使得该观测器既能估计微小故障又能对未知扰动有强鲁棒性.将线性系统通过坐标变换解耦为两个子系统,其中:一个子系统与扰动无关,对其设计自适应观测器,实现对微小故障的检测;另一个子系统既受未知扰动又受微小故障的影响,对其设计滑模观测器,以消除未知扰动的影响,从而保证系统的强鲁棒性.通过四旋翼直升机模型验证了所提出的综合自适应滑模观测器微小故障早期诊断检测算法的有效性.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于非高斯信息的JITL软测量模型
    李元,张新民
    2015,49 (06):  897-901. 
    摘要 ( 77 )  

    摘要:  为了有效监控具有非高斯数据特性的工业过程,提出了一种新的基于非高斯信息的JITL(JustInTime Learning)软测量模型.首先通过非高斯非相似度测量选择JITL局部建模样本;然后建立局部ICA-PLS回归模型实现工业过程质量变量监控.该方法从局部建模样本选择到局部回归模型建立能够有效处理工业过程数据的非高斯特性,并且保留了JITL建模的优点,能够有效地处理工业过程时变特性以及非线性.通过硫回收处理过程的应用,验证了方法的有效性.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于多Agent系统的动态网络系统拓扑结构故障诊断方法
    邱路1,叶银忠2
    2015,49 (06):  902-906. 
    摘要 ( 67 )  

    摘要:  动态网络系统拓扑结构异常与故障呈对应关系,在拓扑结构不确定时,通过自组织算法能准确地实现动态网络拓扑结构的识别,是实现故障诊断的一种有效途径.提出了一种基于多Agent系统原理的动态网络系统拓扑结构识别方法,建立了故障诊断系统结构模型,提出了一种具有容错协调机制的邻居Agent搜索算法.以16节点动态网络系统为对象进行了仿真分析.结果证明,该方法能够有效地识别动态网络系统拓扑结构.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    电工技术
    三电平逆变器容错拓扑的多载波控制策略
    陈丹江1,叶银忠2
    2015,49 (06):  907-912. 
    摘要 ( 118 )  

    摘要:  多电平逆变器由于具有不少相对于两电平逆变器的优势,在大功率等场合得到了大量应用,但是其复杂的拓扑结构也带来了故障概率比较大的缺点.在针对多电平逆变器的故障诊断和容错研究中,提出了不少新的容错拓扑,针对一种具有不对称桥臂的NPC逆变器容错拓扑进行控制技术的研究.该拓扑中同时具有两电平桥臂和三电平桥臂,提出两电平桥臂的三角载波和三电平桥臂的多载波之间的相位将会影响到电路的输出特性.当这两种载波同相位时,输出电压波形的谐波含量比较少,并进行了理论分析和实验验证.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    微网故障特性分析及保护方法
    赵俊瑞,王占山,王继东,张化光
    2015,49 (06):  913-922. 
    摘要 ( 129 )  

    摘要:  建立了微电网模型,分析了微网短路时故障电流的特点,结合现有成果对微电网保护方法做了综述性研究.首先,建立了逆变型微电源模型,并验证了线路发生不同故障时微电源的安全稳定性;其次,建立了微电网模型,分析了负荷侧短路时故障电流偏小的特点,指出有必要研究不依赖故障电流模值的保护策略,并能与联网运行时的保护相配合,使微网的保护尽可能统一;然后,从孤岛和并网两个方面归纳了当前微网保护的最新研究成果,对比分析各种保护技术的优劣.最后,展望微电网保护的发展方向,指出以通信为基础,控制与保护功能相结合,实现保护功能的集成化是微电网保护的发展目标.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于特征Petri网建模的冷水机组故障诊断系统
    徐兵1,2,朱亚橙2,苏俊2,范秋敏2
    2015,49 (06):  923-928. 
    摘要 ( 88 )  

    摘要:  冷水机组是建筑物中空调系统重要的制冷设备,它的运行状态直接关系到建筑物暖通空调系统运行的性能和稳定性,其故障诊断问题一直受到广泛关注.将特征建模方法引入到冷水机组的故障诊断技术中,并采用模糊Petri网技术实现建模.利用Petri网进行知识表示及推理的矩阵运算算法,描述冷水机组故障征兆与特征参数的关系.运用所提出的诊断系统,不但可以充分利用各特征参数的信息资源进行故障判断,而且可根据冷水机组能效指标COP对故障诊断结果进行综合诊断,有利于冷水机组高效运行.实验结果验证了该故障诊断系统的可行性和准确性.

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