故障診斷的新發(fā)展

1、12n8.1 模糊診斷法n8.2 灰色診斷法n8.3 機械故障診斷的發(fā)展趨勢n結束語13n8.1.1 8.1.1 模糊的概念模糊的概念 n8.1.2 8.1.2 模糊數(shù)學的相關知識模糊數(shù)學的相關知識n8.1.3 8.1.3 模糊控制模糊控制14 模糊性是指事物本身的概念不清楚，本質上沒有確切的定義，在量上沒有確定界限的一種客觀屬性，研究和處理模糊性的數(shù)學方法主要是模糊數(shù)學。15 在機械故障診斷中，模糊性主要表現(xiàn)為：檢測目標和外部條件的模糊性、載荷與環(huán)境因素的模糊性。另外，模糊性廣泛存在于結構的材料特性、幾何特征、載荷及邊界條件等方面。16n基于模糊集理論的模糊邏輯本身并不模糊，而是用來對“模糊

2、”進行處理以達到消除模糊的邏輯。n模糊邏輯本身是一種精確的方法，只是其處理的對象是一些不精確、不完全的信息。它的最大特點是能夠比較自然地處理人類的語言信息和知識。17風的強弱人的胖瘦年齡大小個子高低 在現(xiàn)實生活中并不是所有的事物都能用清晰的概念來描述，如:18 模糊集合的背景模糊集合的背景19普通集合普通集合隸屬函數(shù)隸屬函數(shù)模糊集合模糊集合特征函數(shù)特征函數(shù)110集合集合是指具有某種屬性的、確定的、彼此間可以區(qū)別的事物的全體。 普通集合普通集合用特征函數(shù)來刻畫，模糊集合模糊集合用隸屬函數(shù)作定量描述。普通集合與模糊集合普通集合與模糊集合111u 在經(jīng)典集合中，某個元素要么屬于該集合，要么不屬于該集

3、合，涇渭分明。u 在模糊集合中，允許某個元素“”隸屬于該模糊集合，“”隸屬于另一個模糊集合。元素和集合之間的隸屬關系不具有清晰明確的界限。112經(jīng)典集合的表示方法經(jīng)典集合的表示方法113（1）向量表示法（2）Zadeh表示法(查德表示法）（3）序偶表示法114 當論域X為有限點集 時，X上的模糊集可以用向量A來表示，即：這里 。nxxxX,21nA,21 nixAii, 2 , 1,115 給定有限論域 ，A為X上的模糊集合 。其中 并不表示“分數(shù)”，而是論域中的元素 與其隸屬度函數(shù) 之間的對應關系。nxxxX,21nnxxxA2211iixix ixA116 將論域中元素 與其隸屬度函數(shù) 構

4、成序偶來表示A，則：ix ixA nnxAxxAxxAxA, ，, ,2211117n模糊控制是用模糊數(shù)學的知識模仿人腦的思維方式，對模糊現(xiàn)象進行識別和判決，給出精確的控制量，對被控對象進行控制。n特點：118119 首先根據(jù)操作人員手動控制的經(jīng)驗，總結出一套完整的控制規(guī)則，再根據(jù)系統(tǒng)當前的運行狀態(tài)，經(jīng)過模糊推理、模糊判決等運算，求出控制量，實現(xiàn)對被控對象的控制。120121122n8.2.1 8.2.1 灰色診斷法的概念 n8.2.2 8.2.2 灰色系統(tǒng)n8.2.3 8.2.3 灰色系統(tǒng)的診斷方法與實例灰色系統(tǒng)的診斷方法與實例123n 背景：灰色系統(tǒng)理論是我國華中理工大學鄧聚龍教授提出的一

5、種處理動態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學方法。n應用范圍：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、社會、經(jīng)濟、能源、地質、石油等眾多科學領域，成功地解決了生產(chǎn)、生活和科學研究中的大量實際問題，取得了顯著成果。8.2.1 灰色診斷法的概念灰色診斷法的概念 124n概率統(tǒng)計、模糊數(shù)學和灰色系統(tǒng)理論是三種最常用的不確定系統(tǒng)研究方法。n概率統(tǒng)計研究的是“隨機不確定”現(xiàn)象。例如：像拋硬幣、彈著點在大量重復實驗和觀察中呈現(xiàn)出固有的規(guī)律性稱之為統(tǒng)計規(guī)律性。n模糊數(shù)學著重研究“認識不確定”問題。例如：“年輕人”是個模糊概念，125n灰色系統(tǒng)理論著重研究概率統(tǒng)計、模糊數(shù)學難以解決的“小樣本，貧信息”不確定性問題。n灰色理論是解決不確定問題的工具之一。1261

6、27n人們只能憑邏輯推理，憑某些觀念意識，憑某種準則對系統(tǒng)的結構，關系進行論證，然后再建立某種模型。這累抽象系統(tǒng)我們稱為灰色系統(tǒng)。n灰色理論是按顏色命名的，在控制論中，人們常用顏色的深淺形容信息的明確程度。128n定義1 信息完全明確的系統(tǒng)稱為白色系統(tǒng)。n定義2 信息未知的系統(tǒng)稱為黑色系統(tǒng)。n定義3 部分信息明確，部分不明確的系統(tǒng)稱 為灰色系統(tǒng)。129n灰色系統(tǒng)理論作為一門新興學科的結構體系?；疑到y(tǒng)灰色系統(tǒng)理論理論體系方法體系分析體系模型體系技術體系130 一切隨機量都看作是在一定范圍內(nèi)變化的灰色量。比如大氣氣溫的變化是隨機量，氣溫高低，可將它當作是在50范圍變化的灰色量。對灰色量的處理不是

7、找概率分布、求統(tǒng)計規(guī)律，而是用數(shù)據(jù)處理的方法來找數(shù)據(jù)間的規(guī)律。131 圖圖 灰色診斷計算框圖灰色診斷計算框圖132n累加生成 簡記AGO（Accumulated Generating Operation） n累減生成 簡記IAGO（Inverse Accumulated Generating Operation ）n映射生成 簡記NGO（Napping Generating Operation ）133134n問題：對該地區(qū)總收入影響較直接的是養(yǎng)豬業(yè)還是養(yǎng)兔業(yè)？問題：對該地區(qū)總收入影響較直接的是養(yǎng)豬業(yè)還是養(yǎng)兔業(yè)？n怎么評判？怎么評判？135136年份1998199920002001200220

8、032004總收入18202240444860工業(yè)收入10151624284050農(nóng)業(yè)收入3251012810137138分析上圖的基本思想：根據(jù)曲線間相似程度來判斷關聯(lián)程度n曲線2的形狀與曲線1的形狀相近，而曲線3與曲線1相差較大。n因此，該地區(qū)對收入影響較直接的可以說是工業(yè)，而不是農(nóng)業(yè)。在制定該地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃時，顯然應著重發(fā)展工業(yè)。139n這種因素分析的比較，實質上是幾種曲線間幾何形狀的分析比較，即認為幾何形狀越接近，則發(fā)展變化態(tài)勢越接近，關聯(lián)程度越大。因此按這種觀點作因素分析，至少不會出現(xiàn)異常的。140n故障診斷的含義： 故障診斷技術是一門了解和掌握設備運行過程中的狀態(tài)，進而確定其整體

9、或者局部是否正常，以便早期發(fā)現(xiàn)故障、查明原因，并掌握故障發(fā)展趨勢的技術。其目的是避免故障的發(fā)生，最大限度的提高機械地使用效率。141n設備診斷技術的研究內(nèi)容主要包括以下三個環(huán)節(jié)：n（1）特征信號的采集：這一過程屬于準備階段，采集如速度、濕度、噪音、壓力、流量等特征值。n（2）信號的提取與處理：從采集到的信號中提取與設備故障有關的特征信息，與正常信息只進行對比，進行狀態(tài)檢測。142n（3）判斷故障種類：從上一步的結果中運用各種經(jīng)驗和知識，對設備的狀態(tài)進行識別，進而做出維修決策。143n傳感器技術研究：傳感技術是反應設備狀態(tài)參數(shù)的儀表技術。國內(nèi)先后開發(fā)了各種類型的傳感器，如電渦流傳感器、速度傳感器

10、、加速度傳感器和溫度傳感器等；最近開發(fā)的傳感技術有光導纖維、激光、聲發(fā)射等。144n信號分析與處理技術：從傳統(tǒng)的譜分析、時序分析和時域分析，開始引入了一些先進的信號分析手段，如快速傅立葉變換器，Winger譜分析和小波變換等。145n人工智能和專家系統(tǒng)n神經(jīng)網(wǎng)絡：比如旋轉機械神經(jīng)網(wǎng)絡分類系統(tǒng)等的研究已經(jīng)得到了應用。146n診斷系統(tǒng)的開發(fā)與研究：從單機巡檢與診斷到上下位機式的主從機結構，直至以網(wǎng)絡為基礎的分布式系統(tǒng)的結構，變化形式越來越復雜，要求越來越高。n專門化與便攜式診斷儀器和設備的研制與開發(fā)。147 設備故障診斷技術與當代前沿科學的融合是設備故障診斷技術的發(fā)展方向。 當今故障診斷技術的發(fā)展

11、是傳感器的精密化、多維化，診斷理論、診斷模型的多元化，診斷技術的智能化，表現(xiàn)如下：148n與當代最新傳感技術尤其是激光測量技術的融合。近年來，激光技術已從軍事、醫(yī)療。機械加工等領域深入發(fā)展到振動測量和設備故障診斷中，并且已經(jīng)成功應用與旋轉機械對中等方面。149n與最新信號處理方法相融合。傳統(tǒng)的基于快速弗利葉變換的信號分析技術有了新的突破性進展。150n與非吸納性原理和方法的融合。機械設備在發(fā)生故障時，其行為往往表現(xiàn)為非線性特征。如能旋轉機械的轉自在不平衡外力的作用下表現(xiàn)出的非線性振動。隨著混沌與分型幾何方法的日趨完善，這類問題必將得到進一步解決。151n與多元傳感技術的融合?，F(xiàn)代化大生產(chǎn)要求對設備進行全方位、多角度的故障診斷時，可采用多個傳感器同時對設備的各個位置進行監(jiān)測，然后按照一定的方法對這些信息進行處理，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)。152n與現(xiàn)代智能方法融合?，F(xiàn)代智能技術包括專家系統(tǒng)、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡、進化計算等。n遠程故障診斷系統(tǒng)153Internet遠程診斷中心企業(yè)監(jiān)測中心數(shù)據(jù)庫現(xiàn)場工作站防火墻防火墻打印機HubHubHub數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫HubPRINTHELPALPHASHIFTENTERRUNDGERFIAJBKCL7M8N9ODGDGDGDGT3U0V.WXYZTAB% UTILIZATIONHUB/MAUNIC2BNC4Mb/sPRINTHELPA