基于協(xié)整理論的復(fù)雜動態(tài)工程系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測方法應(yīng)用研究.pdf

1、現(xiàn)代工程系統(tǒng)所表現(xiàn)出來的構(gòu)成復(fù)雜和大動態(tài)范圍的特點使得變量信號的隨機過程不再符合平穩(wěn)性假設(shè)，而是非平穩(wěn)隨機過程，這給系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測任務(wù)帶來了新的困難。廣泛使用的基于信號分析的監(jiān)測方法由于分析對象往往是單個信號，因此不能夠?qū)ο到y(tǒng)整體狀態(tài)進行綜合監(jiān)測，而基于模型的方法又存在著系統(tǒng)模型難以建立的困難。對此本課題創(chuàng)新地借鑒了計量經(jīng)濟學(xué)領(lǐng)域的協(xié)整理論，基于該理論的基本概念和方法對上述類型的工程系統(tǒng)開展了基于模型的狀態(tài)監(jiān)測方法研究。
　　

2、計量經(jīng)濟學(xué)中的協(xié)整理論認為，系統(tǒng)中的非平穩(wěn)變量之間可能存在著長期的動態(tài)均衡關(guān)系。即各個變量圍繞著一個共同的長期趨勢隨機波動，而與各自的非平穩(wěn)性質(zhì)無關(guān)。這個長期均衡關(guān)系就是協(xié)整關(guān)系。協(xié)整關(guān)系是由變量所處系統(tǒng)所決定的，描述了變量之間內(nèi)在本質(zhì)的相互關(guān)系。根據(jù)這樣的理論觀點，如果能夠建立起工程系統(tǒng)變量之間的協(xié)整關(guān)系模型，那么當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障而造成變量之間關(guān)系被改變時，相應(yīng)的信息便會反映在模型殘差(新息變量)中。因此通過模型殘差分析，便可以得到故障

3、特征和系統(tǒng)狀態(tài)信息。
　　 就此，本課題研究中利用協(xié)整理論的基本概念和協(xié)整關(guān)系的檢驗方法，并結(jié)合工程系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測任務(wù)的需要，對工程系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測方法進行了研究。在系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測模型的構(gòu)建技術(shù)上，本課題采用了基于最大特征值所對應(yīng)的協(xié)整關(guān)系向量模型和基于最大熵準(zhǔn)則的多個協(xié)整關(guān)系向量線性組合模型兩種方法，并對其分別進行了研究和對比。而對模型殘差的分析，研究中分別從時域統(tǒng)計分析角度和頻域特征分析的角度對多種系統(tǒng)狀態(tài)下的監(jiān)測模型殘差進行了分析

4、討論。
　　 研究結(jié)果表明，根據(jù)協(xié)整理論建立的系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測模型，其殘差在正常狀態(tài)下是圍繞零值附近波動的平穩(wěn)序列。而當(dāng)故障發(fā)生時殘差序列的動態(tài)特征會發(fā)生明顯改變。并且不同故障類型下的模型殘差在時域和頻域都有著不同的特征模式。從而證實了基于協(xié)整理論的狀態(tài)監(jiān)測方法的有效性。
　　 在本課題的研究中，采用了液壓舵面伺服控制系統(tǒng)仿真模型作為符合復(fù)雜動態(tài)工程系統(tǒng)特征的應(yīng)用對象。該仿真模型為狀態(tài)監(jiān)測方法研究提供了必需的系統(tǒng)過程變量數(shù)據(jù)