基于T_S模糊模型的电机轴承故障诊断研究

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1、开发与应用计算机与信息技术·21·基于T-S模糊模型的电机轴承故障诊断研究12李志芳龚丹九（海南医学院信息技术部海南海口571101）摘要针对故障诊断知识的模糊性和模糊控制理论在故障诊断领域的广泛研究和应用,结合基于模糊模型故障诊断方法的优越性，本文提出了基于Takagi-Sugeno模糊模型的故障诊断方法，将其应用到三相异步电机轴承的模糊故障诊断中，并通过实验充分验证了该方法的有效性。关键词T-S模糊模型；故障诊断；异步电机轴承故障诊断一直是人工智能的一个重要研究内容，而且已数。目前，在模糊系统研究中，T-S模型占有重要的地位。经得到广泛的研究和应用；现在模糊控制技术在国内外也得Ta

2、kagi-Sugeno模糊模型与传统的模糊模型相比有许多独特[5]到了极大的重视和研究，已经应用于工业控制、汽车驾驶、的优点，主要有三个：⑴该模糊模型包括两种知识：一个电梯群控、家用电器等。本文在鉴戒国外故障诊断方法研究是由模糊IF-THEN规则表示的定性知识，另外一个是由局部的最新动态基础上，对基于模糊模型的故障诊断方法作了进动态模型表示的定量知识；⑵Takagi-Sugeno模糊模型可以一步的研究和考证。本文提出了基于Takagi-Sugeno模糊模看作是非线性控制中普遍采用的分段线性近似方法的扩展；型的故障诊断方法，使用模糊聚类法划分数据空间，确定最⑶Takagi-Sugeno模

3、糊模型是一个普遍的近似器，即，任何优模糊规则数，并使用最小二乘法对模糊规则的后件参数进在紧集上的连续函数都可以用该模型以任意精度逼近。行辨识，最后通过对三相异步电机轴承故障进行模糊建模，Takagi-Sugeno模糊模型的数学描述如下：并使用Matlab工具进行仿真实验验证了该方法的诊断有效T-S模糊模型可由一组模糊规则表示：(l)ll性。L：如果x1为F1，且...，且xn为Fn，llll1基于模糊模型的故障诊断方法优越性则Y=c0+c1x1+...+cnxn(1)[6]ll(l)基于模糊模型的故障诊断方法，(1)它可以克服传统的其中，Fi为模糊集合，ci为真值参数，y为系统根据规则

4、L故障诊断方法（基于规则、基于人工神经网、基于案例）对所得到的输出，l=1,2,⋯,M;i=0,1,2,⋯,n。新的待诊断对象和尚缺乏诊断专家经验和诊断案例的待诊断可以看出，这种模糊模型其输出结果为输入变量的线性Tl对象无法进行诊断的弊端；(2)同时它又可以克服基于模型故组合，给定输入变量x=(x1,⋯,xn)，则输出y(x)等于各y的障诊断方法的建模难题。这种方法可以不依赖诊断专家经验加权平均和案例，也可以无需建立待诊断对象的精确数学模型，只需Mll∑ωy待诊断对象（大多数是非线性的复杂系统）模糊模型，根据y(x)=l=1(2)模糊模型所描述的待诊断对象输入输出变量的模糊映射关系Ml

5、∑ω的模糊规则进行诊断。目前，在故障诊断领域的，模糊诊断l=1和模糊控制的研究和应用越来越广泛。其中，加权系数包括了规则作用于输入所能取得的所有真值，2T-S模糊模型lω的计算公式如下：自从1965年Zadeh提出模糊集合理论以来，对复杂非线n性系统地模糊识别和模糊控制受到了人们的很大重视，被广luω=∏Fl(x)(3)泛应用到工业生产中。其中Takagi-Sugeno模糊模型是一类iii=1基于规则描述的模糊模型，是由Takagi和Sugeno提出的，3故障诊断所以简称T-S模型。这种模型可以克服多维模糊推理过程中3.1异步电机轴承故障建模模糊规则过于庞大的弊端，用少量模糊规则生成较

6、为复杂的T-S模糊模型的主要思想是把输入空间划分成若干个模非线性函数。由于T-S模型的后件参数与输入有关，在逼近糊子空间，在每个模糊子空间内建立一个输入与输出的简单性能上要优于Mamdani模糊模型。1998年Ying证明了结论线性关系模型，每个模糊子空间表示一条模糊规则，模糊规部分为线性的T-S模糊模型能够以任意精度逼近任何连续函·22·计算机与信息技术开发与应用则的前件用来表示模糊子空间，后件用来表示这个模糊子空X低={0.01640.29000.00110.00300.0038}间的输入输出线性关系。使用模糊聚类法对输入变量进行分类,确定最优的模糊[1,3]T-S模糊系统的建模主

7、要包括结构辨识和参数辨识。规则数。首先，通过建立相似关系矩阵，使用绝对值减数法结构辨识指模糊规则数目的确定，主要有网格法、模糊树法确定元素X高，X中，X低，之间的关系值rij：和聚类法；参数辨识则是指对模糊规则前件部分的隶属度函1当i=j数和模糊规则后件的线性表达式所包含的参数进行辩识，可rij=m1-c当i≠j(4)∑

8、xik−xjk

9、以采用梯度下降法、最小二乘法、遗传算法等优化算法。k=1T-S模糊模型的本质是将非线性系统通过模糊区间划分其