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

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

2、。正是基于這個原因，近年來復雜系統(tǒng)的故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測理論及應(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。
　　本論文基于可拓學關(guān)聯(lián)函數(shù)的定量和定性反映系統(tǒng)狀態(tài)的特點，融合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、免疫系統(tǒng)的相關(guān)原理，以國家自然科學基金項目“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)”、湖北省教育廳科學研究項目“基于人工免疫網(wǎng)絡(luò)的理論及應(yīng)用研究”、湖北民族學院“基于可拓學的智能故障診斷研究”、國防預研項目“智能分布式指揮業(yè)務(wù)子系統(tǒng)決

3、策支持平臺”以及企業(yè)橫向項目“勵磁裝置在線故障預測和故障診斷系統(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)算法的缺點上，通過對故障進行分類，設(shè)計了可拓免疫算法、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)計了故障診斷系統(tǒng)解決勵磁系統(tǒng)斷相故障、利用免疫可拓控制解決了起重機的狀態(tài)監(jiān)測。本文的主要研究成果包括：
　　①以導師所承擔的“勵磁裝置系統(tǒng)智能故障診斷和預測系統(tǒng)的開發(fā)”項目為研究背景，針對勵磁系統(tǒng)的整

4、流橋斷相故障，結(jié)合信號分析方法傅立葉變換，小波包分析和可拓學的綜合評價方法，開發(fā)設(shè)計了基于勵磁系統(tǒng)的可拓綜合故障診斷系統(tǒng)。
　?、诮Y(jié)合可拓學與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計了可拓神經(jīng)元和可拓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，然后利用BP算法和遺傳算法對可拓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和權(quán)值進行學習和優(yōu)化，最后用故障案例實際驗證。
　　③利用可拓學與人工免疫算法相融合，開發(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)，自學習機制和免疫系統(tǒng)“自我-非我”識別理論，結(jié)

5、合可拓學的關(guān)聯(lián)函數(shù)，建立可拓距離函數(shù)，設(shè)計B細胞探測器物元和檢測物元，然后利用免疫學習機制對B細胞探測器進行學習和訓練，最后將訓練好的B細胞探測器識別檢測物元。
　?、芾每赏貙W與K近鄰算法相結(jié)合，用于數(shù)據(jù)分類和故障識別。首先對于分類的數(shù)據(jù)進行屬性約簡，然后利用可拓距離函數(shù)，度量訓練樣本之間的距離，這種距離優(yōu)于其它距離的特點在于對于同一類的訓練樣本，進行統(tǒng)計分析，包括找出每個特征的最大值、最小值和均值，其次利用可拓距離度量每個測試

6、樣本與這一類樣本之間的距離，最后利用K近鄰的思想進行投票。通過UCI的兩個基準數(shù)據(jù)集對該分類的正確率進行對比，最后通過故障樣本實現(xiàn)了故障的分類。
　?、轄顟B(tài)監(jiān)測是故障診斷過程中的重要組成部分，是預防和防止故障和事故發(fā)生的有效手段。通過對移動式起重機起吊物體過程的監(jiān)測，找到預防起重機發(fā)生傾覆的辦法。首先通過對起重機的力矩分析，找到影響該力矩的主要因素和危險因子函數(shù)，利用人工免疫網(wǎng)絡(luò)算法對危險因子函數(shù)進行優(yōu)化，找到影響每個影響因素的臨

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