專利名稱：一種傳感器慢偏故障的校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感器故障診斷及校正技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可用于校正傳感器慢偏故障的方法。
背景技術(shù)：
傳感器是一種檢測(cè)裝置，它能檢測(cè)到被測(cè)量的信息并將其按照一定的規(guī)律變換成為相應(yīng)的電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。隨著信息處理技術(shù)以及微處理機(jī)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳感器已廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域。尤其是近幾十年來，隨著材料科學(xué)領(lǐng)域的突破性進(jìn)展，出現(xiàn)了越來越多新型的傳感器，如光纖、超聲波和微機(jī)械傳感器等等。作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性是整個(gè)系統(tǒng)良好運(yùn)行的先決條件。對(duì)于一些復(fù)雜的大型動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，如飛機(jī)，電站等，需要依賴準(zhǔn)確可靠的傳感器去獲得測(cè)量信號(hào)來判斷和監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)，以進(jìn)行有效控制?？梢哉f，傳感器的準(zhǔn)確性和可靠性極大程度的決定了整個(gè)系統(tǒng)的性能、可靠性和安全性。傳感器的測(cè)量精度等信息通常由傳感器生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品出廠時(shí)給定或用戶使用前通過其他方法標(biāo)定。這兩種標(biāo)定精度通常是在一定條件下獲得的，而實(shí)際應(yīng)用中環(huán)境條件復(fù)雜多變，很難始終保持其與標(biāo)定時(shí)的條件一致，當(dāng)傳感器的工作條件與它的標(biāo)定條件不一致時(shí)，傳感器精度往往不能真實(shí)反映傳感器測(cè)量值的實(shí)際準(zhǔn)確程度。很多傳感器的工作環(huán)境非常惡劣，例如風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的傳感器就工作在低溫、大風(fēng)或者高鹽霧條件下，因此非常容易出現(xiàn)各種各樣的故障。如果故障傳感器的輸出數(shù)據(jù)一直作為控制系統(tǒng)的輸入時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行性能嚴(yán)重下降，甚至出現(xiàn)災(zāi)難性的事故。為了保證測(cè)量的精度和可靠性，傳統(tǒng)的方法主要是通過一個(gè)較高精度的傳感器測(cè)量值作為基準(zhǔn)，用來校正其余傳感器測(cè)量值。這種方法的缺點(diǎn)在于，首先精度較高的傳感器通常價(jià)格昂貴，使得成本大大增加；其次，即便在不需顧及成本的應(yīng)用場(chǎng)合中，復(fù)雜的環(huán)境因素往往也會(huì)導(dǎo)致高精度的傳感器精度下降，這樣其基準(zhǔn)作用也就無從談起。另外一種實(shí)際中極為常用的方法是對(duì)系統(tǒng)中的傳感器定期進(jìn)行校準(zhǔn)和維護(hù)，在定期校準(zhǔn)帶來大量的人力物力損耗的同時(shí)，人們還是無從得知兩次校準(zhǔn)之間傳感器的輸出是否準(zhǔn)確，而校準(zhǔn)周期的確定也是另外一個(gè)難題。因此怎樣能夠準(zhǔn)確有效的在傳感器出現(xiàn)測(cè)量偏差時(shí)，對(duì)這個(gè)偏差進(jìn)行校正，具有十分重要的實(shí)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種傳感器慢偏故障的校正方法， 該方法能夠?qū)崟r(shí)估計(jì)出傳感器的慢變偏差，從而能在傳感器出現(xiàn)緩慢變化的偏差時(shí)，將該偏差估計(jì)出來，從傳感器測(cè)量值中減去。這樣就實(shí)現(xiàn)了測(cè)量偏差和測(cè)量真值的分離。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種傳感器慢偏故障的校正方法，包含如下步驟步驟a 對(duì)傳感器的測(cè)量值建立狀態(tài)方程和觀測(cè)方程；步驟b 對(duì)所述狀態(tài)方程和觀測(cè)方程進(jìn)行時(shí)間上的擴(kuò)展；步驟c 利用擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)的卡爾曼濾波估計(jì)偏差，再將偏差值從測(cè)量值中減去。進(jìn)一步地，所述步驟a可以按如下步驟實(shí)施步驟al 將含有傳感器測(cè)量偏差的線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型描述為xt+1 = Fxt+wt (1)yt = (Dxt+bt+vt (2)bt+1 = Abt+ η t (3)其中，下標(biāo)t表示時(shí)間，xt+1為NX 1維的狀態(tài)向量，F(xiàn)為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，yt為pX 1 維的觀測(cè)向量，Φ為測(cè)量矩陣，bt為MX 1維的傳感器測(cè)量偏差向量，A為bt的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，Wt為狀態(tài)噪聲，Vt為測(cè)量噪聲，η t為偏差狀態(tài)噪聲，且狀態(tài)噪聲wt，測(cè)量噪聲Vt及偏差狀態(tài)噪聲nt均為相互獨(dú)立的零均值的高斯白噪聲，且滿足E(Wt)=OE(w<) = RSfl(4)E (Vt) = 0E(v/t) = QSjt(5)E ( η t) = 0E(VjVf) = GSjt(6)式中R、Q和G分別是狀態(tài)、測(cè)量和偏差狀態(tài)噪聲的方差；步驟a2，將所述偏差向量擴(kuò)展為狀態(tài)向量，獲得狀態(tài)方程和觀測(cè)方程所述狀態(tài)方程為xM =F^it+Wt所述觀測(cè)方程為
權(quán)利要求
1.一種傳感器慢偏故障的校正方法，其特征在于，包含如下步驟 步驟a 對(duì)傳感器的測(cè)量值建立狀態(tài)方程和觀測(cè)方程；步驟b 對(duì)所述狀態(tài)方程和觀測(cè)方程進(jìn)行時(shí)間上的擴(kuò)展；步驟c 利用擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)的卡爾曼濾波估計(jì)偏差，再將偏差值從測(cè)量值中減去。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器慢偏故障的校正方法，其特征在于，所述步驟a包含 步驟al 將含有傳感器測(cè)量偏差的線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型描述為xt+i = Fxt+wt (1)Yt = ΦΧ +bt+Vt (2) bt+1 = Abt+η t (3)其中，下標(biāo)t表示時(shí)間，xt+1為NX 1維的狀態(tài)向量，F(xiàn)為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，yt為pX 1維的觀測(cè)向量，Φ為測(cè)量矩陣，bt為MX 1維的傳感器測(cè)量偏差向量，A為bt的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，wt 為狀態(tài)噪聲，Vt為測(cè)量噪聲，1為偏差狀態(tài)噪聲，且狀態(tài)噪聲wt，測(cè)量噪聲Vt及偏差狀態(tài)噪聲nt均為相互獨(dú)立的零均值的高斯白噪聲，且滿足 E (wt) = 0 E(WjW7t) = RSjtE(vt) = 0E(VjVl) = Qdjt(5)E(nt) = οE(I1Ift) = Gdjt(6)式中R、Q和G分別是狀態(tài)、測(cè)量和偏差狀態(tài)噪聲的方差；步驟a2，將所述偏差向量擴(kuò)展為狀態(tài)向量，獲得狀態(tài)方程和觀測(cè)方程所述狀態(tài)方程為所述觀測(cè)方程為yt = ^t+vt χ +1 ~ 「F ο] 「％ 其中 = F= Qφ = [φ /1 I為單位矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器慢偏故障的校正方法，其特征在于，所述步驟b包含 步驟bl，將狀態(tài)變量進(jìn)行時(shí)間上的擴(kuò)展，即[χ;其中上角標(biāo)為維數(shù)，步驟1^2，將傳感器測(cè)量值進(jìn)行時(shí)間上的擴(kuò)展，即
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器慢偏故障的校正方法，其特征在干，所述步驟C包含 步驟Cl，假設(shè)傳感器的測(cè)量偏差與可測(cè)物理量Ct之間存在線性關(guān)系，即 bt ^ α tct狀態(tài)方程和觀測(cè)方程分別為
全文摘要
本發(fā)明提供一種傳感器慢偏故障的校正方法，包含步驟a對(duì)傳感器的測(cè)量值建立狀態(tài)方程和觀測(cè)方程；步驟b對(duì)所述狀態(tài)方程和觀測(cè)方程進(jìn)行時(shí)間上的擴(kuò)展；步驟c利用擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)的卡爾曼濾波估計(jì)偏差，再將偏差值從測(cè)量值中減去。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)估計(jì)出傳感器的慢變偏差，從而能在傳感器出現(xiàn)緩慢變化的偏差時(shí)，將該偏差估計(jì)出來，從傳感器測(cè)量值中減去。
文檔編號(hào)G01D18/00GK102564486SQ20111043354
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者周琴, 高羽 申請(qǐng)人:上海電機(jī)學(xué)院