基于可拓學(xué)的智能故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測(cè)的理論及應(yīng)用研究.pdf

1、近年來(lái)，因關(guān)鍵設(shè)備故障而引起的災(zāi)難性事故時(shí)有發(fā)生，這些嚴(yán)重、災(zāi)難性事故的不斷發(fā)生，迫使各國(guó)政府、社會(huì)以及科研人員高度重視對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)和診斷方面的研究。由于缺乏對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行準(zhǔn)確狀態(tài)判斷和健康分析，出于安全的考慮，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行了大量不必要的維修，大大提高了運(yùn)行成本?？呻S著現(xiàn)代工業(yè)及科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)設(shè)備日趨大型化、連續(xù)化、高速化和自動(dòng)化，功能越來(lái)越多，結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)的故障診斷技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)復(fù)雜設(shè)備系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的需要

2、。正是基于這個(gè)原因，近年來(lái)復(fù)雜系統(tǒng)的故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測(cè)理論及應(yīng)用研究引起了科研人員的極大關(guān)注，并取得了一些較好的成果。
　　本論文基于可拓學(xué)關(guān)聯(lián)函數(shù)的定量和定性反映系統(tǒng)狀態(tài)的特點(diǎn)，融合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、免疫系統(tǒng)的相關(guān)原理，以國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于相似性原理和免疫應(yīng)答理論重構(gòu)故障診斷系統(tǒng)”、湖北省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目“基于人工免疫網(wǎng)絡(luò)的理論及應(yīng)用研究”、湖北民族學(xué)院“基于可拓學(xué)的智能故障診斷研究”、國(guó)防預(yù)研項(xiàng)目“智能分布式指揮業(yè)務(wù)子系統(tǒng)決

3、策支持平臺(tái)”以及企業(yè)橫向項(xiàng)目“勵(lì)磁裝置在線故障預(yù)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)”和“航天產(chǎn)品電路漏電故障診斷系統(tǒng)”為背景，在克服傳統(tǒng)算法的缺點(diǎn)上，通過(guò)對(duì)故障進(jìn)行分類，設(shè)計(jì)了可拓免疫算法、可拓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、可拓K近鄰算法用于故障診斷、并利用可拓小波算法設(shè)計(jì)了故障診斷系統(tǒng)解決勵(lì)磁系統(tǒng)斷相故障、利用免疫可拓控制解決了起重機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。本文的主要研究成果包括：
　?、僖詫?dǎo)師所承擔(dān)的“勵(lì)磁裝置系統(tǒng)智能故障診斷和預(yù)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目為研究背景，針對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的整

4、流橋斷相故障，結(jié)合信號(hào)分析方法傅立葉變換，小波包分析和可拓學(xué)的綜合評(píng)價(jià)方法，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了基于勵(lì)磁系統(tǒng)的可拓綜合故障診斷系統(tǒng)。
　?、诮Y(jié)合可拓學(xué)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了可拓神經(jīng)元和可拓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，然后利用BP算法和遺傳算法對(duì)可拓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和權(quán)值進(jìn)行學(xué)習(xí)和優(yōu)化，最后用故障案例實(shí)際驗(yàn)證。
　?、劾每赏貙W(xué)與人工免疫算法相融合，開(kāi)發(fā)可拓免疫算法用于智能故障診斷。利用人工免疫系統(tǒng)的免疫響應(yīng)，自學(xué)習(xí)機(jī)制和免疫系統(tǒng)“自我-非我”識(shí)別理論，結(jié)

5、合可拓學(xué)的關(guān)聯(lián)函數(shù)，建立可拓距離函數(shù)，設(shè)計(jì)B細(xì)胞探測(cè)器物元和檢測(cè)物元，然后利用免疫學(xué)習(xí)機(jī)制對(duì)B細(xì)胞探測(cè)器進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，最后將訓(xùn)練好的B細(xì)胞探測(cè)器識(shí)別檢測(cè)物元。
　?、芾每赏貙W(xué)與K近鄰算法相結(jié)合，用于數(shù)據(jù)分類和故障識(shí)別。首先對(duì)于分類的數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性約簡(jiǎn)，然后利用可拓距離函數(shù)，度量訓(xùn)練樣本之間的距離，這種距離優(yōu)于其它距離的特點(diǎn)在于對(duì)于同一類的訓(xùn)練樣本，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括找出每個(gè)特征的最大值、最小值和均值，其次利用可拓距離度量每個(gè)測(cè)試

6、樣本與這一類樣本之間的距離，最后利用K近鄰的思想進(jìn)行投票。通過(guò)UCI的兩個(gè)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集對(duì)該分類的正確率進(jìn)行對(duì)比，最后通過(guò)故障樣本實(shí)現(xiàn)了故障的分類。
　?、轄顟B(tài)監(jiān)測(cè)是故障診斷過(guò)程中的重要組成部分，是預(yù)防和防止故障和事故發(fā)生的有效手段。通過(guò)對(duì)移動(dòng)式起重機(jī)起吊物體過(guò)程的監(jiān)測(cè)，找到預(yù)防起重機(jī)發(fā)生傾覆的辦法。首先通過(guò)對(duì)起重機(jī)的力矩分析，找到影響該力矩的主要因素和危險(xiǎn)因子函數(shù)，利用人工免疫網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)危險(xiǎn)因子函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，找到影響每個(gè)影響因素的臨

7、界值，建立可拓關(guān)聯(lián)函數(shù)的經(jīng)典域。最后通過(guò)可拓集合和可拓變換，對(duì)起吊不同物重系統(tǒng)的健康度和危險(xiǎn)因子進(jìn)行評(píng)估，為預(yù)防系統(tǒng)發(fā)生傾覆提供有效的輔助支持。
　　本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：
　　1)利用免疫系統(tǒng)的“自我-非我”識(shí)別原理和免疫克隆選擇原理，結(jié)合可拓學(xué)的物元分析、可拓集合理論設(shè)計(jì)了可拓免疫算法，并用于汽輪機(jī)的故障診斷。
　　2)提出了可拓距離的概念，并結(jié)合k近鄰的思想，設(shè)計(jì)了可拓k近鄰算法，用于數(shù)據(jù)分類和故障識(shí)別。