基于不確定性理論的機(jī)械故障智能診斷方法研究.pdf

1、機(jī)械故障診斷是指應(yīng)用測試分析手段和診斷理論，對機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中所出現(xiàn)的故障機(jī)理、原因、部位和程度進(jìn)行識別和診斷，并根據(jù)診斷結(jié)論，進(jìn)一步確定機(jī)械設(shè)備的維修方案或預(yù)防措施。機(jī)械故障診斷以狀態(tài)識別為基礎(chǔ)，從機(jī)械設(shè)備的異常狀態(tài)出發(fā)，實(shí)現(xiàn)故障定位、定性及定因。但是在一般情況下，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行過程以及外界環(huán)境的復(fù)雜性，機(jī)械設(shè)備的故障征兆與故障原因之間并不是簡單的一一映射關(guān)系，它們之間存在著復(fù)雜的一對多和(或)多對一關(guān)系，同時在診斷過程中還存在著許

2、多隨機(jī)的、模糊的、不確定的因素，從而導(dǎo)致在機(jī)械故障診斷過程中存在著大量的不確定性問題。 傳統(tǒng)的機(jī)械故障診斷方法如系統(tǒng)可靠性框圖、故障樹分析法等，難以解決機(jī)械故障診斷中的不確定性問題。而近年來快速發(fā)展的不確定性理論與方法，對于解決機(jī)械故障診斷中的不確定性問題具有很大的優(yōu)勢，并成為機(jī)械故障診斷領(lǐng)域中一個重要的研究方向。 本文以國家自然科學(xué)基金“復(fù)雜工程系統(tǒng)故障預(yù)測與維護(hù)理論及關(guān)鍵技術(shù)研究”和國家863計劃先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域“十

3、一五”重點(diǎn)項(xiàng)目“行業(yè)大型裝備MRO支持系統(tǒng)”為背景，針對機(jī)械設(shè)備故障診斷過程中的不確定性問題，運(yùn)用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和證據(jù)理論，提出了一種新的故障診斷方案及相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方法，并以轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為例進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新性工作有： 1)針對機(jī)械故障診斷中的不確定性問題，分析了故障診斷過程中不確定性的來源，提出了基于不確定性理論的會診診斷解決方案。該方案利用專家的先驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和(或)傳感器數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的不確定性模型，并通過故障概率

4、推理和多源故障診斷知識的集結(jié)實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的機(jī)械故障診斷。 2)為了解決機(jī)械故障診斷中的不確定性建模問題，提出了基于故障貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的不確定性建模方法。該方法通過建立故障樹模型與故障貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型之間的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了由故障樹模型向故障貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的轉(zhuǎn)化；針對故障樹模型缺失的情況，提出了基于蟻群優(yōu)化算法的結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)方法，實(shí)現(xiàn)了由傳感器數(shù)據(jù)構(gòu)造故障貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型。 3)為了解決復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)故障推理中的NP難題問題，提出了基于

5、聯(lián)結(jié)樹算法的故障概率推理方法。該方法包括貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、信念初始化、信念傳遞與吸收以及故障概率的計算等，其主要優(yōu)點(diǎn)在于采用局部計算降低了故障概率推理的復(fù)雜度。 4)提出了基于D-S證據(jù)理論的會診診斷融合模型。該模型通過故障診斷實(shí)例與故障貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型之間的貼合度分析，解決了多源故障診斷知識的融合悖論問題，實(shí)現(xiàn)了多個故障貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的診斷知識集結(jié)。 5)以轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的故障診斷為例，分析了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷過程中存在的不確