工况监测与故障诊断

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1、工况监测与故障诊断学中的概念系统故障指系统的构造处于不正常状态（劣化状态）。它导致系统相应的功能失常，故又称失调或约束条件不满足，即导致系统相应的行为不满足期望的要求。系统的这种劣化状态称之为故障状态。判断系统发牛故障的准则是：在给定的工作条件下，系统的功能与约束的条件若不满足正常运行或原设计期望的要求，则可判定系统发生故障。状态监测指系统在工作状态下，特征信号的检测、变换、分析处理以及显示记录，并输出诊断所需的或适用的信息，提供故障诊断的依据。故障诊断指查明导致系统发生故障的指定层次子系统、联系的劣化状态。显然，故障诊断的实质就是状态识别。特征信号指系统的某部

2、分输出，而这部分输出是同所关心的系统功能与约束条件紧密相关的。系统的功能往往是特征信号的一部分。系统无故障、有故障时的输出分别称为正常的、异常的输出;相应的，有故障、无故障时的特征信号分别称为异常的、正常的特征信号。显然，特征信号必然包含了系统中相应的元素、联系的有关状态的信息。因此，如何选取包含有关状态信息量最多的特征信号，成为电气设备诊断学中重要内容之一。征兆指对特征信号加以处理而提取的、直接用于诊断故障的信息。显然，这种处理是去粗取精、提炼信息的过程。当然，特征信号木身有时也可以作为征兆。因此，如何提取最有效地用于诊断的征兆，也是机械设备诊断学中重要内容之

3、一。第2章信息融合技术2.1信息融合技术简介近20年来，传感器技术获得了迅猛的发展，各种面向复杂应用背景的信息融合系统也随之大量出现。在这些系统中，信息表现形式的多样性、信息容量以及信息的处理速度等要求己大大超出人脑的信息融合能力，信息融合技术便应运而生。在公开的技术文献中，基于信息整合意义的融合一词最早岀现在70年代末期。由于信息融合系统本身所具有良好的性能稳定性、宽阔的时空覆盖区域、很高的测量维数和良好的目标空间分辨率以及较强的故障容错与系统重构能力等潜在特点，因此，自信息融合技术一开始提出，就引起了西方各国国防部门的高度重视，并将其列为军事高技术研究和发展

4、领域中的一个重要专题。美国国防部早在1984年就成立了数据融合专家组(DFS,DataFusionSubanal),指导、组织并协调有关这一国防关键技术的系统性研究，从而在80年代中期，信息融合技术首先在军事领域研究中取得了相当的进展。根据国内外研究成果，信息融合比较确切的定义可以概括为：充分利用不同时间与空间的多种信息资源，采用计算机技术对按时序获得的观测信息在一定准则下加以自动分析、综合、支配和使用，获得对被测对象的一致性解释与描述，以完成所需的决策和估计任务，使系统获得比各组成部分更优越的性能。2.2多传感器信息融合的基本原理在智能控制系统中，依靠单一的传

5、感器提供信息已无法满足控制需要，必须运用多传感器提供观测信息，实吋进行故障检测、优化综合处理来获得状态估计、目标属性、态势评估、故障估计等信息。多传感器检测的实现方式有两种，即信息集成和信息融合。“集成''是多传感器一体化的初级阶段，其基本特征是通过不同频段的多种传感器的“叠加"，实现性能和功能的“互补"。多传感器集成虽然实现了结构上的一体化以及性能和功能上的互补，但信息的综合利用程度较低，特别是冗余信息几乎未被利用。而在多传感器测量系统中使用信息融合技术，不仅使系统组合的结构更加合理，而且综合利用多种传感器信息的互补性和兀余性，提高了信息的确定性和可靠性，提高

6、了低可观性目标的探测和识别能力，有助于提高决策的实吋性和准确性，同时也有利于降低系统的成本。它是今后更多地实现多传感器侦察的必然技术趋势。信息融合是指利用计算机技术对来自多传感器的探测信息按时序和一定准则加以自动分析和综合的信息处理过程，是对多种信息的协调优化，乂称数据融合。从故障检测角度讲，信息融合可解释为：对来自多源的数据和信息进行检测、互联、相关、估计和综合等多层次多方面的处理，以获得准确的状态和故障估计、完整而及时的故障因素。在多传感器系统中，各种传感器提供的信息可能具有不同的特质：时变的或者非时变的，实时的或者非实时的，模糊的或者确定的，精确的或者不完

7、整的，相互支持的或者互补的。多传感器信息融合就像人脑综合处理信息的过程一样，它充分利用多个传感器资源，通过对各种传感器及其观测信息的合理支配与使用，将各种传感器在空间和时间上的互补与冗余信息依据某种优化准则结合起来，产牛对观测环境的一致性解释或描述。信息融合的目标是基于各种传感器分离观测信息，通过对信息的优化组合导出更多的有效信息。这是最佳协同作用的效果，它的最终目的是利用多个传感器共同或联合操作的优势来提高整个系统的有效性。2.3多传感器检测系统中信息融合的级别层次多传感器信息融合的关键问题Z—是模型设计。信息融合模型主要包括功能模型、结构模型和数学模型。要设

8、计信息融合模型必须综合考