基于灰色理论的复杂系统多故障模糊诊断

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1、2017年9月第43卷第9期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsSeptember2017V01．43NO．9http：∥bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．errDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2016．0703基于灰色理论的复杂系统多故障模糊诊断张搜1，2一，王金波1，张涛1，王建敏1(1中国科学院空间麻用工程与技术中心．jE京100094；2．中国科学院大

2、学，北京100049)摘要：航天、核电等复杂系统源发故障概率通常难于获取，由此导致基于最大后验概率准则的诊断方法失效。针对上述问题，从测试可靠性先验概率入手，提出了一种基于相关矩阵和灰色系统理论的故障诊断方法，通过对系统建立故障一测试相关矩阵，生成有排序的测试报警概率矩阵，并利用灰色关联度衡量测试结果向量与故障特征向量的接近度，实现了对多发故障的模糊诊断。实验结果表明，该方法在诊断指标权重调整、诊断精细度、重点关注故障检出等方面优势明显，诊断结论正确率满足实用需求。关键词：模糊诊断；灰色关联分析；相关

3、矩阵；概率推理；复杂系统中圈分类号：V557+．2；TP206．3文献标识码：A文章编号：1001．5965(2017)09．1832．09近年来，随着航天、核电、军工等领域的飞速发展，大型复杂系统的应用也越发普遍，随之而来的系统安全可靠性问题引起了人们的广泛关注。作为保护生命财产安全的有效手段，故障诊断一直在上述领域肩负着重要使命，但解决复杂系统的故障诊断问题绝非易事，通常需要一套可靠并具系统性的解决方案⋯。故障诊断就是检测和隔离故障的过程，其通常以系统可测试性设计为基础，用测试的方法获得故障现象，

4、进而确定故障原因并开展维修¨。。传统的故障诊断一般以单故障模型为基础，然而对于工作于特定环境的空间站、月球车、战机等系统，测试维修的不及时可造成多故障并存的情况，系统的复杂性也加剧了多故障并发的可能。因此有必要对复杂系统多故障诊断问题展开探索研究。故障检测是故障诊断的基础，信息流模型、多信号模型等基于图论的系统可测性模型”。。为复杂系统的故障检测提供了有效方法。上述模型充分利用图论方法的内在简化特性，将故障与测试间的因果关系以图形的方式表示，并最终建立了故障一测试相关矩阵，用二值化测试结果序列实现了对

5、故障现象的统一表述。基于上述方法，国内外学者围绕复杂系统可测性分析设计、多故障诊断等问题进行了深入研究”’8。1“。其中，连可等’8o提出了一种基于有向图模型的模糊多故障诊断算法，该算法计算测试向量与故障特性向量的空间向量夹角，并以夹角大小作为判定故障发生的依据，算法的有效性在航天工程领域得到了初步验证。但该算法未考虑故障诊断分优先级的情形，不利于对重点关注故障的快速筛查；以空间向量夹角大小作为故障判定指标损失了各测试传感器间的关联信息，降低了诊断结论的精细度，并且无法支持对诊断指标权重调整。本文在考

6、虑故障测试传感器的故障检测率和故障虚警率条件下提出了一种多故障模糊诊断方法，通过建立故障一测试相关矩阵，生成有排序的测试报警概率矩阵，并利用灰色关联度衡量故障测试结果向量与故障特征向量的接近度，避开了收稿日期：2016-09-02；录用日期：2016一IO一14；网络出版时间：2016一11—1716：37网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／detail／11．2625．V．201611171637．002．html基金项目：国家科技重大专项(Y3140731RN)}通讯作者：E-mai

7、l：ztao@CSU．ae．cn引用格式：张砹，王盆玻，张游，莘．墓于灰色理论的复杂系统多故障模糊诊断ⅣJ．北京航空航天大学学撮，2017，43(9)：1832—1840．ZHANGT，WANGJB，ZHANGnefa1．Muhi-faultfuzzydiagnosisforcomplicatedsystembasedOilgreytheoryfJ7Jour-llal0fBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43f9)：1832—1840

8、(inChinesej．第9期张瞍，等：基于灰色理论的复杂系统多故障模糊诊断1833故障先验概率获取的难题。实验结果表明，与文献：8]相比，本文方法的首选结论诊断正确率和故障覆盖率均可达100％，并且在诊断指标权重调整、诊断精细度、重点关注故障检出等方面表现更优。1相关矩阵与灰色关联模型1．1故障一测试相关矩阵相关矩阵(又称相关性矩阵)是一种表述2组对象序列间多重因果关系的有效方法。通过建立故障与测试(又称观测)间的相关矩阵，可将“直接判定某个故障是否产