基于軟計(jì)算的故障診斷機(jī)理及其應(yīng)用研究.pdf

1、系統(tǒng)的安全性和可靠性問題已引起人們愈來愈多的重視，正在逐步成為設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)系統(tǒng)的重要指標(biāo)。故障診斷研究的意義在于避免事故發(fā)生或者降低事故的危害程度，這無論是對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)，還是生物醫(yī)學(xué)、航空、航天和國(guó)防領(lǐng)域都有著非常重要的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義?；谲浻?jì)算的故障診斷是將軟計(jì)算與可靠性理論、控制論、人工智能和系統(tǒng)論相結(jié)合，以現(xiàn)代測(cè)試儀器和計(jì)算機(jī)為技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的故障診斷。本文針對(duì)非線性系統(tǒng)故障診斷問題，研究和探索基于軟計(jì)算的故障診斷機(jī)理及應(yīng)用

2、。主要成果如下： (1)將自適應(yīng)模糊推理系統(tǒng)ANFIs用于非線性系統(tǒng)建模，將ANFIS和LVO結(jié)合，研究了一種基于模型的故障診斷機(jī)理。從ANFIS模型中抽取特征參數(shù)作為L(zhǎng)VQ網(wǎng)絡(luò)的輸入向量是診斷的關(guān)鍵。將包含故障主要信息的輸出部分的參數(shù)作為L(zhǎng)VQ網(wǎng)絡(luò)輸入向量的主要部分，通過對(duì)輸出部分參數(shù)、輸入部分隸屬函數(shù)參數(shù)以及值域加權(quán)構(gòu)成LVQ的輸入向量，從而實(shí)現(xiàn)故障診斷。 (2)考慮故障在線診斷的需要，提出了一種基于ANFIS多模型

3、的在線智能故障診斷機(jī)理。通過同時(shí)在線運(yùn)行多個(gè)ANFIS模型來表示不同的工作狀況或不同的故障，產(chǎn)生偏差信號(hào)。診斷機(jī)理綜合考慮系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性、魯棒性和靈敏度，用偏差絕對(duì)值的累加和來探測(cè)故障的發(fā)生，特別是還引入一個(gè)獨(dú)特的故障指數(shù)FI(Fault Index)來指示故障的發(fā)生和類型。 (3)選用了具有緊支集且有廣義線性相位的二次樣條小波對(duì)ECG信號(hào)進(jìn)行二進(jìn)小波變換，采用相應(yīng)策略完成心電信號(hào)ECG信號(hào)ST段提取。 (4)針對(duì)多輸入

4、多輸出(MIMO)ANFIS學(xué)習(xí)過程復(fù)雜的問題，為了提高診斷系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，研究了一個(gè)由訓(xùn)練系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)構(gòu)成的診斷機(jī)理。訓(xùn)練系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于n種故障分別建立，n個(gè)ANFIS子模型。診斷系統(tǒng)則是把測(cè)試數(shù)據(jù)分別輸入m個(gè)ANFIS系統(tǒng)，計(jì)算各子推理系統(tǒng)得到的輸出? (i=1,…,n，i代表子系統(tǒng)的序號(hào))與標(biāo)準(zhǔn)輸出1之間誤差e<,i>=|1-|1-?|，令e<,k>=min{e<,1>，e<,2>，…，e<,n>)以診斷第尼種故障的發(fā)生。 (

5、5)研究了基于模糊自適應(yīng)諧振映射理論(ARTMAP)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷機(jī)理，推導(dǎo)出診斷網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練和分類算法。該網(wǎng)絡(luò)具有對(duì)未知故障進(jìn)行分類的能力。 (6)針對(duì)BP網(wǎng)絡(luò)的缺陷，研究了基于遺傳算法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷機(jī)理，給出了三層BP網(wǎng)絡(luò)的遺傳算法學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和閾值的方法和步驟。 (7)為了將模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于動(dòng)態(tài)故障診斷，構(gòu)造了一種基于T-S模糊模型的遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，采用在反饋環(huán)節(jié)添加記憶元件來實(shí)現(xiàn)輸入輸出的動(dòng)態(tài)映射。理論

6、證明和仿真結(jié)果表明該網(wǎng)絡(luò)可以逼近任意定義在一個(gè)封閉且有界集合上的函數(shù)。 本文首次提出(1)，(2)，(4-7)六種基于軟計(jì)算的故障診斷機(jī)理。(1)和(2)已成功實(shí)現(xiàn)了氣動(dòng)執(zhí)行器的故障診斷，(3-6)在冠心病早期診斷上作了大膽的嘗試，取得了很好的結(jié)果。由此可見，相對(duì)傳統(tǒng)故障診斷，基于軟計(jì)算的故障診斷在進(jìn)行復(fù)雜非線性系統(tǒng)的故障診斷方面，具有獲取信息更廣、更方便，診斷更靈活，診斷的靈敏性更高和魯幫性更強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)。將其拓展應(yīng)用于ECG