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

1、近年來，因關鍵設備故障而引起的災難性事故時有發(fā)生，這些嚴重、災難性事故的不斷發(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著現代工業(yè)及科學技術的迅速發(fā)展，工業(yè)設備日趨大型化、連續(xù)化、高速化和自動化，功能越來越多，結構也越來越復雜，傳統(tǒng)的故障診斷技術已經不能適應復雜設備系統(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)測理論及應用研究引起了科研人員的極大關注，并取得了一些較好的成果。
　　本論文基于可拓學關聯函數的定量和定性反映系統(tǒng)狀態(tài)的特點，融合神經網絡、免疫系統(tǒng)的相關原理，以國家自然科學基金項目“基于相似性原理和免疫應答理論重構故障診斷系統(tǒng)”、湖北省教育廳科學研究項目“基于人工免疫網絡的理論及應用研究”、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，設計了可拓免疫算法、可拓神經網絡、可拓K近鄰算法用于故障診斷、并利用可拓小波算法設計了故障診斷系統(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)設計了基于勵磁系統(tǒng)的可拓綜合故障診斷系統(tǒng)。
　?、诮Y合可拓學與人工神經網絡，設計了可拓神經元和可拓神經網絡，然后利用BP算法和遺傳算法對可拓神經網絡的結構和權值進行學習和優(yōu)化，最后用故障案例實際驗證。
　?、劾每赏貙W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，自學習機制和免疫系統(tǒng)“自我-非我”識別理論，結

5、合可拓學的關聯函數，建立可拓距離函數，設計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。
　　④利用可拓學與K近鄰算法相結合，用于數據分類和故障識別。首先對于分類的數據進行屬性約簡，然后利用可拓距離函數，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的兩個基準數據集對該分類的正確率進行對比，最后通過故障樣本實現了故障的分類。
　　⑤狀態(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，利用人工免疫網絡算法對危險因子函數進行優(yōu)化，找到影響每個影響因素的臨

7、界值，建立可拓關聯函數的經典域。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，結合可拓學的物元分析、可拓集合理論設計了可拓免疫算法，并用于汽輪機的故障診斷。
　　2)提出了可拓距離的概念，并結合k近鄰的思想，設計了可拓k近鄰算法，用于數據分類和故障識別。