冷轧连续退火过程(简称连退过程)是冷轧的关键工序,由开卷机、焊机、入口活套、炉区、出口活套、平整机和卷取机等设备组成。用于对冷轧带钢再结晶退火,以改善其微观组织、提高塑性和成形性,得到镀锡／镀锌原板。为使带钢高速稳定通过炉区以获得高品质的产品,连退过程要求将运行在炉区段的上千米带钢的张力控制在生产工艺所规定的目标值范围内。为此,将整个炉区上百个传动辊划分十余段构成十余段的张力回路,通过调节各传动辊的速度、电流使张力控制在生产工艺规定的范围内。然而,原材料缺陷、传动辊表面磨损、传动辊轴承断裂等会造成张力波动。当张力波动在工艺规定的范围之外时发生张力异常工况,会造成带钢表面褶皱、瓢曲等产品质量问题；张力过大发生断带,造成过程长时间非计划停机；张力过小发生传动辊与带钢间打滑,会造成带钢表面划痕缺陷的产品质量问题。因此,研究连退过程张力故障诊断对过程安全运行和健康维护具有重要的实际意义,对故障诊断领域的研究有着重要的学术意义。本文以大型连退过程为背景,进行数据驱动与机理分析相结合的故障诊断方法研究,取得了如下成果：(1)结合连退过程特点,建立了连退过程的张力模型。该张力模型中惯量参数不仅与传动辊惯量和电机惯量相关,还与带钢惯量有关：带钢在加热后因热胀冷缩引起张力变化,张力模型中的摩擦项不仅与轴承摩擦相关还与气氛流动相关。经分析,张力变化项和摩擦项难以采用精确数学模型描述。为此,本文提出了由基于观测器的主模型和基于主元回归神经网络的误差补偿模型组成的张力估计方法。在此基础上,提出张力估计与规则推理相结合的张力异常工况诊断方法。(2)针对两层主元分析故障诊断方法无法分析故障对于具有整段、块和子块三层结构的大规模串联加工过程中各子块的影响,提出了三层主元分析故障诊断方法。理论分析了三层主元分析与主元分析(Principal Component Analysis, PCA)和两层主元分析的得分、残差间的等价关系,结果表明三层主元分析算法在特定归一化准则下与PCA等价。因其不是对两层主元分析的块负荷以随机方式划分子块,对故障解释能力更强。结合连退过程对整段张力分整段、张力回路块、辊子子块三层结构,利用正常数据和断带数据,采用所提的三层主元分析方法进行连退过程断带特性分析。首先,给出连退过程整段统计指标、张力回路块统计指标和辊子子块统计指标,并利用正常工况采集的速度和电流数据由阈值计算公式求得统计指标阂值；接下来,利用断带数据求得断带故障的整段统计指标、张力回路块统计指标和辊子子块统计指标,得到断带故障的块统计指标三维图和子块统计指标三维图；通过分析，得到断带前块统计指标相邻两次超限时间间隔等于带钢在相邻两辊间的传输时间、断带后块指标远高于正常阈值、可达其十余倍的断带特性。(3)针对单维变量重构能诊断故障变量,但不能诊断多个变量构成的过程故障,将单维变量重构推广为多维分块重构,提出了多维分块重构故障诊断方法,理论分析了多维分块重构的可重构与可诊断条件。采用该方法,提出主元分析与多维分块重构相结合的连退过程张力回路块故障诊断方法。在此基础上,提出断带特性与有限状态机相结合的断带诊断方法和基于单维变量重构的断带位置诊断方法。在张力回路块故障诊断的基础上,提出基于块指标重构的打滑诊断方法和基于块指标重构的打滑位置诊断方法。(4)结合具有133个传动辊的某大型钢铁企业的实际连退过程,采用现场数据对本文所提出的方法进行实验研究。研究结果表明所提方法不仅成功诊断出张力异常工况和断带、打滑故障,而且诊断出断带位置和打滑位置。