基于核學(xué)習(xí)理論的船舶柴油機(jī)故障診斷研究.pdf

1、船舶柴油機(jī)是船舶動力裝置的關(guān)鍵設(shè)備，如果發(fā)生故障，將會影響船舶營運(yùn)，并可能造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至造成關(guān)鍵設(shè)備損壞，危及人身安全。對船舶柴油機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，能夠有助于及時有效地發(fā)現(xiàn)并排除船舶柴油機(jī)的故障。這對于提高船舶柴油機(jī)工作時的安全性和可靠性，降低設(shè)備維修費(fèi)用，減少經(jīng)濟(jì)損失，避免重大事故發(fā)生具有十分重大的意義。
　　 船舶柴油機(jī)是典型的綜合性復(fù)雜系統(tǒng)，其組成結(jié)構(gòu)和工作原理導(dǎo)致了故障癥狀的復(fù)雜性。船舶柴油機(jī)的故障原因

2、與故障征兆數(shù)值之間表現(xiàn)為極其錯綜復(fù)雜非線性關(guān)系，并且各特征參數(shù)之間往往呈現(xiàn)出強(qiáng)耦合性和非線性，因此必須采用非線性方法對其進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。
　　 本文在總結(jié)和汲取前人研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合核學(xué)習(xí)理論在處理非線性問題方面所獨(dú)有的優(yōu)勢，著重對基于核學(xué)習(xí)理論的柴油機(jī)故障診斷技術(shù)進(jìn)行深入、系統(tǒng)的研究，其主要研究內(nèi)容及成果包括以下幾個方面。
　　 1.利用核主元分析非線性狀態(tài)監(jiān)測的優(yōu)勢，針對船舶柴油機(jī)的燃料系統(tǒng)提出了一種基于

3、核主元分析的狀態(tài)監(jiān)測方法。首先對正常采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行核主元分析，計算監(jiān)測統(tǒng)計量及其控制限，從而建立狀態(tài)監(jiān)測模型。然后利用建立的狀態(tài)監(jiān)測模型對船舶柴油機(jī)的燃料系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測。對某型船舶柴油機(jī)燃料系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果驗(yàn)證了本文提出的方法的有效性。
　　 2.結(jié)合核主元分析的特征提取優(yōu)勢和支持向量機(jī)具有較高的辨識率的特點(diǎn)，提出了一種新的船舶柴油機(jī)噴油系統(tǒng)的故障診斷方法。首先利用核主元分析對訓(xùn)練樣本集進(jìn)行特征提取，提取出最能反映船舶柴油機(jī)噴

4、油系統(tǒng)故障狀態(tài)的非線性主元。然后將提取的非線性主元用于支持向量機(jī)的訓(xùn)練，建立船舶柴油機(jī)噴油系統(tǒng)的故障診斷模型。最后利用所建立的故障診斷模型對船舶柴油機(jī)噴油系統(tǒng)的未知故障樣本進(jìn)行診斷。對某型船舶柴油機(jī)噴油系統(tǒng)的故障診斷結(jié)果表明：該方法能夠準(zhǔn)確識別船舶柴油機(jī)噴油系統(tǒng)的幾種常見故障。
　　 3.針對船舶柴油機(jī)的渦輪增壓系統(tǒng)具有模糊性和非線性的特點(diǎn)，提出了一種基于模糊核聚類算法的船舶柴油機(jī)渦輪增壓系統(tǒng)故障診斷的方法。首先對歷史故障數(shù)據(jù)集

5、進(jìn)行模糊核聚類，得到聚類中心，建立船舶柴油機(jī)渦輪增壓系統(tǒng)的故障診斷模型。然后，利用建立的故障診斷模型對船舶柴油機(jī)渦輪增壓系統(tǒng)的未知故障樣本進(jìn)行診斷。對某型船舶柴油機(jī)渦輪增壓系統(tǒng)的故障診斷結(jié)果表明：該方法對于船舶柴油機(jī)渦輪增壓系統(tǒng)的幾種常見故障具有較高的區(qū)分度。因?yàn)橐肓四：壿嫷母拍?，所以該方法的診斷結(jié)果也更加真實(shí)、客觀。
　　 4.針對智能化柴油機(jī)與傳統(tǒng)柴油機(jī)的故障機(jī)理之間的差異，結(jié)合核fisher判別分析判別精度高和運(yùn)算時間

6、短等優(yōu)點(diǎn)，提出了一種基于多類核fisher判別分析的故障診斷方法，并采用留一交叉檢驗(yàn)法確定其中的參數(shù)。對某型船用智能化柴油機(jī)進(jìn)行故障診斷的結(jié)果表明：該方法具有計算量小、耗時少、故障診斷準(zhǔn)確率高等優(yōu)點(diǎn)。因此，該方法非常適合于對船用智能化柴油機(jī)進(jìn)行實(shí)時的故障診斷。
　　 本文主要研究了核學(xué)習(xí)理論，提出和改進(jìn)了各類基于核的分類方法，對船舶柴油機(jī)的各子系統(tǒng)建立了一系列的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷模型。這些方法分別具有各自的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足不同子系