故障诊断理论方法综述

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1、故障诊断理论方法综述故障诊断的主要任务柯：故障检测、故障类型判断、故障定位及故障恢复等。其屮：故障检测足指与系统建立连接后，周期性地向K位机发送检测倍号，通过接收的响应数据帧，判断系统是否产生故障；故障类型判断就是系统在检测出故障之后，通过分析原因，判断出系统故障的类型；故障定位是在前两部的基础之上，细化故障种类，诊断出系统具体故障部位和故障原因，为故障恢复做准备；故障恢复足整个故晾诊断过程屮最P也是最重要的一个环节，需要根裾故障原因，采取不同的措施，对系统故障进行恢复一、基于解析模型的方法基于解析模型的故障诊断方法

2、主要是通过构造观测器估计系统输出，然后将它与输出的测量值作比较从中取得故障信息。它还4进一步分为基于状态估计的方法和基于参数估计的方法，前者从真实系统的输出与状态观测器成者卡尔曼滤波器的输出比较形成残差，然活从残差屮提取故障特征进而实行故障诊断;后者由机理分析确定系统的模型参数和物理元器件之间的关系方程，由实吋辨识求得系统的实际模型参数，然后求解实际的物理元器件参数,与标称值比较而确定系统是卉发生故障及故障的程度。菽于解析模型的故障诊断方法都耍求建立系统精确的数$梭艰，侃随肴现代没备的不断人型化、复杂化和非线性化，往

3、往很难或者无法建立系统精确的数学模型，从而人人限制了基于解析模型的故障诊断方法的推广和成用。二、基于信号处理的方法当可以得到被控测对象的输入输出信号，仴很难建立被控对象的解析数学模型吋，可采用基于倌号处理的方法。基于信号处理的方法足一种传统的故障诊断技术，通常利用信号模型，如相关函数、频谱、自回归滑动平均、小波变换等，直接分析可测信号，提取诸如方差、幅位、频率等特征值，识别和评价机械设备所处的状态。基于信号处理的方法又分为基于可测值或其变化趋势值检查的方法和基于可测倌号处理的故障诊断方法等。基于可测值或其变化趋势值检

4、查的方法根据系统的直接川'测的输入输出信号及其变化趋势来进行故障诊断，当系统的输入输出信号或者变化超出允许的范围时，即认为系统发生了故障，根裾异常的信号来判定故障的性质和发生的部位。某于可测信号处理的故障诊断方法利用系统的输出信号状态与一定故障源之间的相关性来判定和定位故障，具体有频谱分析方法等。三、基于知识的方法在解决实际的故障诊断问题时，经验丰富的专家进行故障诊断并不都是采用严格的数学算法从_•申申计算结果屮來查找问题。对于一个结构S杂的系统，当其运行过程发牛故障吋，人们容易获得的往往是一些涉及故障征兆的描述性知

5、识以及各故障源与故障征兆之间关联忡的知识。尽管这些知识大多是定性的而非定S的，但对准确分析故障能起到重要的作用。经验丰富的专家就足使川长期积累起來的这类经验知识，快速直接实现对系统故障的诊断。利用知识，通过符号推理的方法进行故障诊断，这足故障诊断技术的乂一个分支——基于知识的故障诊断。难于知识的故障诊断是FI前研究和应用的热点，国内外学者提出/很多方法。由于领域专家在基于知识的故障诊断中扮演重要角色，因此基于知识的故障诊断系统又称为故障诊断专家系统。如图1.1专家用广结果被测对象主控计算机<^=>&动测试没备（ATE

6、）图11.基于规则的故障诊断专家系统基于规则的诊断方法是根裾以往专家诊断的经验，将M:归纳成规则，通过启发式经验知识进行故障诊断的计算机软件系统。产生式规则的专家系统是其主要形式。产生式规则的菇本形式为：if（条件），then（结论）。基于产生式规则的专家系统允许用户向系统知识库中输入大量上述类型的规则，并制定规则的解释方式，按照一定步骤进行推理获得诊断结论。产生式规则推理使得用户不用直接而对实际系统的S杂组成结构和解析模型等，时太注于规则的制定。兒外还科着模块性良好，扩充修改和理解方便等优点。理论上，只要规则能制定

7、得足够细致、足够准确，产生式规则推理能实现高精度的故障定位。尽管基于规则的诊断专家系统获得了一定的成功，但由于该方法属于反演推理，因而不是一种确保唯一性的推理形式，存在着知识获取凼难、知识台阶窄以及控制策略不灵活等缺点。对大型规则库來说，容易产生规则匹配冲突、组合爆炸等问题，而且系统缺乏£）学习能力，不适川于复杂系统或经验不足系统的故障诊断。对于人型的诊断对象，其求解过程搜索空间大，速度慢，难以实现实时在线诊断要求。葙于规则的方法对于诊断结论除Y重被采用的规则外，无法作出进一步解释，通常只能诊断单个故障，难以诊断多重

8、故障。2.基于模型推理的故障诊断专家系统基于模型的推理（Model-BasedReasoning,MBR）方法于上世纪80年代ill人1:智能专家RaymondReiter和JohandeKleer等提出，该方法的基木思想是根掘实际系统的观测行为与系统模型的预测行为之间的差异进行诊断，如图1.2所示。Reiter提出了故障系统最小冲突集和最小碰