2022年智能故障诊断技术知识总结,推荐文档.docx

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1、智能故障诊断技术学问总结一、绪论 智能： 智能的概念智能是指能随内、 外部条件的变化, 具有运用学问解决问题和确定正确行为的才能； 低级智能和高级智能的概念低级智能 感知环境、做出决策和掌握行为高级智能 不仅具有感知才能,更重要的是具有学习、分析、比较和推理才能, 能依据复杂环境变化做出正确决策和适应环境变化 智能的三要素及其含义三个基本要素：推理、学习、联想推理从一个或几个已知的判定（前提）,规律地推断出一个新判定（结论）的思维形式学习依据环境变化,动态地转变学问结构联想通过与其它学问的联系,能正确地熟悉客观事物和解决实际问题 故障： 故障的概念故障是指设备在规定条件下不能完成其规定功能的一

2、种状态；可分为以下几种情形：1. 设备在规定的条件下丢失功能；2. 设备的某些性能参数达不到设计要求,超出答应范畴；3. 设备的某些零部件发生磨损、断裂、损坏等,致使设备不能正常工作；4. 设备工作失灵,或发生结构性破坏,导致严峻事故甚至灾难性事故； 故障的性质及其懂得1 层次性 系统是有层次的,故障的产生对应于系统的不同层次表现出层次性；一般可分为系统级、子系统级、 部件级、 元件级等多个层次；高层故障可由低层故障引起,而低层故障必定引起高层故障；诊断时可采纳层次诊断模型和诊断策略；2 相关性 故障一般不会孤立存在,它们之间通常相互依存和相互影响,如系统故障经常由相关联的子系统传播所致；表现

3、为, 一种故障可能对应多种征兆, 而一种征兆可能对应多种故障；这种故障与征兆间的复杂关系导致了故障诊断的困难；3 随机性 故障的发生经常是一个与时间相关的随机过程,突发性故障的显现通常都没有规律性, 再加上某些信息的模糊性和不确定性,就构成了故障的随机性；4 可猜测性 设备大部分故障在显现之前通常有肯定先兆,只要准时捕获这些征兆信息,就可以对故障进行猜测和防范； 故障诊断： 故障诊断的概念故障诊断 就是对设备运行状态和反常情形做出判定；详细说来, 就是在设备没有发生故障之前, 要对设备的运行状态进行猜测和预报；在设备发生故障之后, 要对故障的缘由、部位、类型、程度等做出判定；并进行修理决策；

4、故障诊断的实质及其懂得故障诊断的实质 模式识别（分类）问题输入掌握执行器监控对象输出数据库故障检测与诊断学问库故障容错掌握学问猎取 故障诊断的任务及其含义故障检测 ：采纳合适的观测方式、 在合适部位测取特点信号,即信号测取 ；采纳合适的方法,从特点信号中提取状态征兆,即征兆提取故障识别 ：采纳合适的状态识别方法与装置,依据征兆而推理识别出设备的有关状态,即 状态识别故障分别与估量 ：采纳合适的状态趋势分析法,依据征兆与状态推理出状态的进展趋势,即 状态猜测故障评判与决策 ：采纳合适的决策形成方法,依据有关的状态和趋势作出调整、控制、修理等,即 干预决策 智能故障诊断： 智能故障诊断的概念智能故

5、障诊断 是人工智能和故障诊断相结合的产物,主要表达在诊断过程中领域专家学问和人工智能技术的运用；它是一个由人（特别是领域专家）、能模拟脑功能的硬件及其必要的外部设备、物理器件以及支持这些硬件的软件所组成的系统； 智能故障诊断的讨论方法： 基于学问的讨论方法基于学问的讨论方法 ：不需要对象的精确数学模型,而是依据人们长期的实践体会和大量的故障信息设计出一套智能运算机程序,以此来解决复杂故障诊断问题；模糊故障诊断专家系统故障诊断神经网络故障诊断信息融合故障诊断智能体故障诊断 集成化故障诊断 网络化故障诊断二、智能故障诊断的构成 基本结构： 智能故障诊断系统的基本结构两大部分：故障检测与诊断、故障容

6、错掌握智能故障诊断与容错掌握的基本结构 智能故障检测与诊断模块的主要任务和基本要求故障检测与诊断 ：就是从监控对象中适时精确地检测出故障信息,并对故障产生的缘由、部位、类型、程度及其进展做出判定；其主要任务 通常包含以下几个方面的内容：1. 猎取故障信息；2. 查找故障源,确定故障的位置、大小、类型及缘由；3. 评判故障的影响程度,猜测故障的进展趋势；4. 对检测诊断结果做出处理和决策；基本要求包括以下几方面：1） 对故障具有强检测才能故障检测才能的强弱,一方面反映了检测诊断模块对故障的检测才能,另一方面也直接影响故障诊断的成效对弱故障信号和早期故障信号,故障检测才能尤为重要2） 对故障具有强

7、诊断才能能综合运用多种信息和多种诊断方法,以敏捷的诊断策略来解决诊断问题； 能通过使用专家的体会,而尽量躲开信号处理方面复杂的实时运算；能处理带有错误的信息和不确定性信息,从而相对降低对测试仪器和工作环境的要求；3） 尽量采纳模块化结构结构应当模块化,使之可以便利地调用其他应用程序如修理询问子模块、模拟故障诊断子模块等4） 具有人机交互诊断功能现代设备的复杂性,要求综合运用多种学问源（浅、深学问）来求解复杂问题用户适当地实时参加,将使诊断速度更快、精确性更高用户参加有主动和被动两种方式：主动参加可干预和引导推理过程；被动参加只回答提问,而不干预推理过程5） 具有多种诊断信息猎取的途径猎取的诊断

8、信息越丰富,就诊断成效越好第一,应具有自动猎取状态信息（当前、历史）的功能其次,应能通过人机交互猎取状态信息6） 对问题求解应当实时和精确实时：一旦发觉故障迹象,应立刻开头诊断工作精确： 输出结果应当细致明白,对于并发故障答应输出多个诊断解,对于同一故障就只有一个诊断解,对于征兆不完备情形应输出按权值排序的多个候选故障解7） 具有学习功能现代设备的复杂性以及新学问的不断涌现,导致专家现有学问的不足要求系统具有被动和主动（自学习）猎取新学问的才能8） 具有猜测才能应能猜测故障的发生和进展,以便在故障没有发生之前实行措施,将故障毁灭在萌芽状态,使缺失减为最小9） 具有决策才能故障显现前,应能提前猜

9、测故障故障显现后,应能对故障做出决策并供应爱护方案 构成原理： 故障检测与诊断的常用方法1） 基于数学模型的故障检测与诊断方法特点是必需将故障数学模型化,有时建立模型很困难不依靠实例和体会,适用于新的没有成熟体会的诊断2） 基于参数估量的故障检测与诊断方法特点是须先确定一个信任域,当参数超出域时认为故障适用于故障能由参数的显著变化来描述的诊断3） 基于信号处理的故障检测与诊断方法通过对检测信号的分析处理,利用特点信号对故障进行识别和诊断；典型方法：小波变换、模态分解等4） 基于学问的故障检测与诊断方法不需精确的数学模型,能模拟人的思维过程,具有自学习、自组织、自推理才能5） 基于实例的故障检测

10、与诊断方法是一种使用过去的体会实例指导解决新问题的方法优点是不需从实例中提取规章,求解快；不足是能搜集的实例是有限的,求解时可能显现误诊或漏诊6） 基于模糊理论的故障检测与诊断方法征兆的描述、 故障与征兆的关系往往具有模糊特性,模糊语言变量能更精确地表示这种模糊性的征兆和故障问题在于学问猎取困难： 如何确定故障与征兆间的模糊规章；如何实现模糊语言变量与隶属度间的推理转换7） 基于神经网络的故障检测与诊断方法利用神经网络的联想、推理和记忆才能进行学问处理 适用于复杂多模式的诊断,有离线和在线诊断两种方式 智能故障诊断中的机器学习策略及其懂得简洁学习：文献、 专家和资料所描述的关于诊断对象的结构、

11、功能、 运行约束条件等学问,机械学习机制为主；主要用于元学问学习阶段交互学习：学问工程师或诊断对象处理过的学问,讲授学习机制为主； 主要用于领域学问学习和学问库丰富阶段独立学习：推理策略面对的新学问,归纳学习机制为主； 主要用于诊断才能改善阶段文献、专家学问工程师诊断对象简洁学习交互学习独立学习学问检验与评判学问库 构成方法： 智能故障诊断系统的设计要求智能故障诊断系统的设计,一般应满意以下要求：1） 满意故障诊断的实际需要；主要指标有故障诊断率、诊断结果精确率、系统牢靠性和投资效益比等,一般需分阶段实现系统目标；2） 建立适应不同诊断对象的学问库；智能故障诊断系统是基于学问的,以学问处理为讨

12、论内容, 学问库的建立是保证诊断结果正确性的前提；3） 能自动猎取征兆 ；征兆的自动猎取是实现故障诊断智能化的重要环节；将征兆猎取从用户交给运算机,既可削减人为差错、提高诊断精确率,又可减轻操作要求、提高系统可接受性；4） 诊断和推理方法应符合故障诊断要求；应从征兆动身去诊断故障,征兆对故障的确定和否定程度,是故障诊断的根本依据；因此,学问表示和不精确推理应当充分反映故障诊断的特点；5） 能实现运算机自动诊断；完成系统的方案设计后, 用运算机进行系统的实际开发,可以使故障诊断易于实现,并获得正确成效；6） 系统要经过严格的测试和考核；一方面,开发进度的加快导致测试时间削减；另一方面,系统一般是

13、由缺少现场体会的人员研制的；经试验室模拟测试、现场测试后,才能投入实际应用；三、智能故障诊断的掌握方案 几种掌握方案的基本原理 基于状态反馈、基于多模冗余、基于功能模块、基于神经网络、基于专家系统的掌握方案 基于专家系统的掌握方案 结构、原理掌握方案 ：学问库存放领域专家学问；数据库存放监控对象原始数据、故障特点数据等；推理机按肯定的推理规章,对监控对象进行故障识别、估量和决策,依据故障性质实行相应策略进行容错掌握；X执行机构监控对象Y故障检测与分别推理机数据库学问库学问猎取 推理过程和推理机的概念,推理策略及其懂得推理：就是对故障进行识别和容错掌握推理过程：就是将数据库中的事实与学问库中的规

14、章进行匹配的过程推理机：实际上就是实现推理过程的一种智能程序推理方法：正向推理、反向推理、正反向混合推理基于数据驱动的正向推理策略：推理过程较慢,适用于搜寻空间较小的学问库；基于目标驱动的反向推理策略、正反向混合的双向推理策略：推理效率较高,适用于搜寻空间较大的学问库或在线故障诊断； 学问的分类及其懂得1） 原型学问 ：原型学问是领域专家指出的故障集和征兆集这两个集合之间存在的确定的映射关系“征兆族故障”生成的诊断学问可由规章或框架表示它是故障诊断必备的学问,也是推理机工作的基础2） 关联学问 ：关联学问是描述故障传播特性的学问生成的诊断学问一般由规章来表示它表征了诊断系统内部的状态联系,构成

15、了诊断问题的求解路径,引导诊断向纵深推动直到故障的位置和缘由3） 权重学问 ：权重学问是领域专家对故障间关系及证据牢靠度的熟悉它可以有目的地引导诊断过程的进行,提高诊断效率 对象的分解及其懂得1） 结构分解 ：从结构上对系统进行分解, 把系统的总体结构分解为下一层的子结构,直到最低层次的零部件最终可确定系统故障的物理位置,但难以表达子系统间的相互关系,难以反映由联系劣化所引起的故障2） 功能分解 ：从功能上对监控对象进行分解,把系统的总体功能分解为下一层次的子功能,直到最低层次的基本功能无论子系统或与其相联系的故障都能在功能层次中反映出来,但最终确定的诊断结果是系统劣化的功能模块3） 故障分解

16、 ：从故障类型上对监控对象进行分解,下层总是上层的特例、而上层就是下层的概括,直到最详细的故障可反映出全部类型的故障,但难以确定故障的物理位置综合分解原就 ：在高层采纳结构和功能分解,削减分类过程的搜寻量；在中间和低层采纳故障分解,与诊断目的一样四、智能故障诊断的掌握策略 瞬时故障的排除： 几种常见的瞬时故障排除策略1） 循环采样技术 ：将信号的一次采样改为循环采样,通过对采集数据的类比分析, 排除瞬时故障2） 自动补偿技术 ：采纳特别结构和特别装置组成补偿器,抵消瞬时故障影响,如温度补偿器3） 自动切换技术 ：设备运行中显现瞬时过载等担心全情形时,使设备有关部分或全部停止运行,排除瞬时故障影

17、响和爱护设备,如切换开关、熔断器4） 阻尼技术 ：设备运行中显现过载物理量时,对其加以限制或衰减,排除瞬时故障影响,如电感器抑制过电压、减震器吸取振动冲击等5） 旁路技术 ：把瞬时过载能量或不需要的物理量从旁路泄走,如低阻通路将瞬时过载电能旁路到大地、过流阀旁路掉液压或气动系统能量等6） 屏蔽技术 ：把瞬时故障的效应屏蔽起来,以排除瞬时故障的影响,如碳纤维或形状记忆合金等7） 隔离技术 ：通过设计瞬时故障隔离器来排除瞬时故障的影响,如电磁隔离等 多模块并行诊断策略： 概念或原理即对同一种故障信息,用不同的诊断模块进行识别,如结果相同或基本相同,就认为诊断胜利,并依据故障性质和故障特点,调用相应

18、的容错模块对故障进行容错掌握；如诊断结果差异较大,就可采纳表决方法对结果做出判定； 单输出对象：模型区域划分、模型切换、防止切换震荡模型区域划分：仅依据掌握器输出所在的一维区域,划分为有代表性的不同工作区段；模型切换：依据期望掌握器输出判定下一时刻系统处在哪个子模型掌握器的掌握域内, 以此切换模型；防止切换振荡：扩大训练域冗余,使相邻训练域相互重叠；在总的工作范畴内离线训练一个网络模型,作为过渡过程使用； 多输出对象：模型区域划分、模型切换模型区域划分：不能仅依据掌握器输出所在的一维区域进行划分,可以通过聚类方法划分样本空间进行子模型训练；模型切换：挑选包括当前系统状态的子模型作为掌握器；将当

19、前输入与各子模型工作空间的隶属度作为权值,各子模型都对输出进行加权奉献；五、智能故障诊断的实现方法 故障信号检测： 可猜测故障和不行猜测故障的概念1） 可猜测故障 ：是指那些可预先知道的故障；故障发生前通常都有肯定征兆,只要准时捕获这些征兆信息并实行相应措施,就可预防故障；渐发性故障 是一种最常见的可猜测故障；2） 不行猜测故障 ：是指那些不行预先知道,但会影响设备正常工作的故障；突发性故障 是其中最典型的一种；可猜测故障通常有肯定规律性,易于检测和防范；不行猜测故障 具有随机性,且常对设备造成严峻危害,是故障诊断讨论的主要对象； 故障的判定标准1） 确定标准 ：在设备的同一部位、按肯定要求测

20、得的表现设备状态的值,与某种相应判定标准相比较,以评定设备的状态；2） 相对标准 ：对设备的同一部位、同一工况、同一测量值,用相同方法进行定期测取,按时间先后将实测值与正常状态下的初始值进行比较来判定；3） 类比标准 ：如有多台机型相同、规格相同的设备,在相同条件下用相同方法进行测定,通过相互比较来评定设备的状态； 柔弱信号检测的概念柔弱信号检测 ：分析噪声产生的缘由和规律,讨论被测信号的特点和相关性,检测被噪声埋没的柔弱有用信号、或从强噪声中提取有用信号、或采纳其他新技术和新 方法来 提高检测系统输出信号的信噪比； 早期故障的主要特点及其懂得1） 早期故障信号很柔弱 ：早期故障属于稍微故障,

21、其故障信号重量通常很小,不易察觉；2） 早期故障信号表征不明显：早期故障信号的幅值、相位、时频特性等变化很小, 表征很不明显；3） 早期故障信号简洁被噪声信号埋没：由于噪声信号通常会夹杂在故障信号中,当故障信号很弱时噪声信号就相对较强,早期故障信号常被噪声信号所埋没,具有很大的隐藏性； 故障特点识别： 故障识别的内容1） 正确挑选与设备状态有关的特点信号特点信号是指与设备功能紧密相关的、最有用的、 能代表设备运行状态的信号应依据不同监控对象, 选取最能反映其运行状态的那部分信息作为特点信号挑选特点信号依据：经济性好、信息量大、敏锐度高2） 正确地从特点信号中提取征兆对特点信号进行处理, 提取出

22、与设备状态相关的、能直接用于诊断的征兆信息3） 正确地依据征兆对设备进行状态识别征兆是故障诊断的基本信息采纳合适的故障诊断理论与方法对征兆加以处理,对不同的设备状态进行模式识别4） 正确地依据识别结果对设备进行状态诊断有故障时,分析故障的位置、类型、性质、缘由与趋势故障定位无故障时,分析状态趋势,估量将来情形故障猜测5） 正确地依据状态诊断对设备进行干预决策干预设备及其工作进程,保证设备安全牢靠高效运行 故障识别的内容故障识别过程可分为以下四步进行：1） 特点信号检测2） 征兆信息提取3） 设备状态识别4） 故障修理决策原始信号特点信号征兆信号设备信号检测特点提取状态识别修理决策状态猜测状态诊

23、断 组合思维的概念、基于组合思维的识别方法专家系统学问处理模拟的是人的规律思维,神经网络学问处理模拟的是人的体会思维, 将规律思维、体会思维和制造性思维集成在一起,就形成组合思维第一用体会思维进行识别；当体会思维无法解决问题时,转向高一层的规律思维；当规律思维也无法解决复杂问题时,转向更高一层的制造性思维,即通过提出新的假设,经过检验后再发觉新理论和解决问题的新方法冲突新假设检验新学问学问库制造性思维x故障特点提取规律思维y规章匹配规律推理报警模式匹配体会思维考试说明 考试方式： 闭卷,试卷成果 60%,平常成果 40% 考试题型： 一、名次说明： 6 题, 5 分/ 题,共 30 分 二、简答： 8 题, 3 题 10 分、 5 题 8 分,共 70 分 考试时间： 第 10 周周四（ 5 月 2 日）下午 14:30-16:30 考试要求： 严禁一切作弊行为