按照故障診斷Frank教授的觀(guān)點(diǎn)，故障診斷方法大致可以分為三類(lèi):基于數(shù)學(xué)模型的方法(解析法)、基于知識(shí)的方法和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法。 

1. 基于數(shù)學(xué)模型的方法。基于數(shù)學(xué)模型的故障檢測(cè)，是通過(guò)將被檢測(cè)對(duì)象的可測(cè)信息 們由模型表達(dá)的系統(tǒng)先驗(yàn)信息進(jìn)行比較，從而產(chǎn)生殘差，并對(duì)殘差進(jìn)行分析和處理而實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)的技術(shù)?；谀Ｐ偷姆椒òl(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)，相對(duì)比較成熟，它使用根據(jù)基本原理構(gòu)造的 的、定量的數(shù)學(xué)模型，但主要限于線(xiàn)性系統(tǒng)，性能的好壞很大程度上依賴(lài)于過(guò)程模型的準(zhǔn)確程度。 

20世紀(jì)80年代以來(lái)，生化反應(yīng)模型和計(jì)算機(jī)技術(shù)在污水處理過(guò)程中的應(yīng)用日趨廣一泛， 尋求能夠反映污水處理過(guò)程復(fù)雜特性的數(shù)學(xué)模型一直是研究熱點(diǎn)。為了促進(jìn)和規(guī)范污水處理 模型的發(fā)展，水協(xié)會(huì)先后推出了活性污泥1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)模型·這些模型的推出大大 推動(dòng)了污水處理過(guò)程模型的發(fā)展，但從故障診斷的角度來(lái)看，由于這些模型大都結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 參數(shù)眾多，模型的可辨識(shí)性較差，增加了過(guò)程模擬的不確定性，不利于故障診斷的應(yīng)用。 

對(duì)污水處理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于生物活動(dòng)的復(fù)雜性、非線(xiàn)性以及處理單元間強(qiáng)藕合性等特 性，基于模型的方法在污水處理的性能監(jiān)控中難以得到廣泛應(yīng)用。 

(2)基于知識(shí)的方法。基于知識(shí)的方法主要是利用人工智能的方法(包括模糊邏輯、因 果分析、專(zhuān)家系統(tǒng)等)，構(gòu)造某些系統(tǒng)功能以模仿和實(shí)現(xiàn)人類(lèi)(熟練操作人員、技術(shù)人員、 專(zhuān)家)在監(jiān)測(cè)控制過(guò)程中的某些思維和行為，自動(dòng)完成整個(gè)檢測(cè)和診斷過(guò)程?；谥R(shí)的方 。于不需要對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，因此具有很大生命力，其中的專(zhuān)家系統(tǒng)由于具有啟發(fā) 性、透明性和靈活性的特點(diǎn)，特別善于解決特定領(lǐng)域內(nèi)需要大量專(zhuān)門(mén)知識(shí)才能求解的問(wèn)題， 因此非常適合解決復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制和工藝過(guò)程的故障診斷等問(wèn)題。 

(3)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法。目前污水處理廠(chǎng)越來(lái)越重視過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)，更多的PH儀表用于過(guò)程檢測(cè)，從而獲得了大量的可用于過(guò)程監(jiān)控的數(shù)據(jù)。同時(shí)隨著工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù) 居庫(kù)技術(shù)的發(fā)展.廉價(jià)的計(jì)算資源和可靠的存儲(chǔ)技術(shù)為流程工業(yè)數(shù)據(jù)的分析提供了物質(zhì)基 礎(chǔ)。如何從生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)庫(kù)中挖掘出隱藏的有用信息，從而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，已成為越來(lái) 越迫切的需要?；跀?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法就是利用工業(yè)過(guò)程擁有的豐富觀(guān)測(cè)變量數(shù)據(jù)，以采集的 土程數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)·通過(guò)各種數(shù)據(jù)處理與分析(如多元統(tǒng)計(jì)一方法、聚類(lèi)分析、小波分析等)挖 掘出數(shù)據(jù)中隱含的信息，從而指導(dǎo)生產(chǎn)，提高監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控能力。這種方法比較符合流程 工業(yè)的特點(diǎn)，通用性強(qiáng)。 

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于它們能夠?qū)⒏呔S的數(shù)據(jù)變換成低維。并從中獲取重要的信息。 通過(guò)給過(guò)程操作員或與工程師計(jì)算出一些有意義的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，可以大大改善大系統(tǒng)的過(guò)程監(jiān) 控系統(tǒng)，而且可以利用這些數(shù)據(jù)提前預(yù)測(cè)出系統(tǒng)將要出現(xiàn)的故障，有效地提高產(chǎn)品的質(zhì)量， 減小企業(yè)不必要的損失。 

基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法不需要了解復(fù)雜的過(guò)程機(jī)理，具有強(qiáng)大的生命力，但其對(duì)數(shù)據(jù)的要 求較高:應(yīng)用效果依賴(lài)于數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量·由于資金的限制，我國(guó)污水處理廠(chǎng)PH檢測(cè)儀的數(shù)量和質(zhì)量有限，無(wú)法得到完備的數(shù)據(jù)信息，因此限制了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的應(yīng)用。 

(4)知識(shí)驅(qū)動(dòng)與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的結(jié)合。污水處理過(guò)程復(fù)雜，伴隨著復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng) 過(guò)程、非線(xiàn)性、大時(shí)滯和多變量藕合，單純的一種診斷方法往往無(wú)法取得滿(mǎn)意的效果。將知 識(shí)推理控制方法與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，也是解決污水處理過(guò)程診斷的 有效途徑01.和.清華大學(xué)的徐麗婕等結(jié)合活性污泥數(shù)學(xué)模型和專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了城市污水處理廠(chǎng)運(yùn) 行決策支持系統(tǒng)(WWTP UDSS)，該系統(tǒng)集過(guò)程預(yù)警、故障診斷、過(guò)程模擬和預(yù)測(cè)等多種功能于一體，為污水處理廠(chǎng)的運(yùn)行和控制提供必要的支持。