复杂系统故障诊断综述

目标提 供 了途 径 。
＠ 不 确 定 性 ： 系 统 的 故 障 和 征 兆 信 息 的 随机 性 、 糊 性 指 模 及 某些 信 息 的不 确 知 性 。
２ 故 障诊 断 的基 本 原 理
一
般 系 统 故 障 谚 断 的 基 本 原 理 是 对 比 测 试 ｛ 印 根 据 实 击，
际 系 统 输 出与 参 考 模 型 输 出 或 与 标 准 值 的 比较 ， 判 断 系 统 来 是 否 存 在 故 障 。 若 存 在 故 障 ， ！ 检 测 到 的 故 障 信 息 中 分 离 贝从 Ｉ 出故 障征 兆 ， 此 识 别 故 障 原 因 ． 故 障 源 定 位 ， 采 取 相 应 据 将 并 的处 理 措 施 。 一 般 系 统 故 障 诊 断 的基 车 原 理 图 如 图 １ 示 。 所 但 是 ， 于复 杂 系 统 ， 于 其 故 障 是 多 种 多 样 的 。 且 其 对 由 而 故 障 和 征 兆 之 间 不 存 在 一 一 对 应 的 简 单 关 系 ， 故 障 诊 断 往 其
② 传 播 性 ： 两 种 传 播 方 式 ： 向传 播 ， 同 一 层 次 内 的 有 横 指 故 障 传 播 ； 向 传 播 ， 元 件 的故 障 相 继 引 起 部 件 、 系统 、 纵 指 子 系 统 的故 障 。 ③ 相 关 性 ； 某 一 故 障 可 能 对 应 若 干 征 兆 ． 某 一 征 兆 可 指 而 能 对应 若 干 故 障 。 ＠ 放射 性 ： 某 一 部 位 的故 障 车 身 征 兆 不 明显 。 引起 其 指 却 他 部位 的故 障 。 ⑤ 延 时 性 ｛ 故 障 的发 生 、 展 和传 播 时 间 的 延 迟 。 指 发
诊 断 ； 缺点 是 系 统 的 建 模 误 差 或 外 部 干 扰 将 对 故 障 诊 断 的 其 结 果 产 生 重 大 的影 响 。 基 于 规 则 的 方 法 ． 适 用 性 广 、 活 ， 其 灵 但 故 障 的 在 线 估 计 比 较 困 难 。 在 实 际 应 用 中 ． 根 据 诊 断 对 应 象 恰 当选 择 或 综 台 利 用 几 种 方 法 ， 能 取 得 较 好 的 效 果 。 才 ４． 基 于 幕统 数 学 模 型 的 方 法 １ 早 期 的故 障诊 断是 根 据 系 统 中 的 某些 量 是 否越 限来 作 出 判断 的 ， 只有 越 限 发 生 才 能 检测 到 故 障 ， 且 只 能 对 故 障 范 围 而 作 出 粗 略 的判 断 。事 实 上 ， 障 发 生 后 ， 统 中 的一 些 或 全部 故 系 变量 不 一 定 越 限 ， 其 状 态 与 正 常 状 态 已有 所 不 同 ， 们 的 差 但 它 异 中包 含 了丰 富 的故 障 信息 。如 系统 正 常 工作 的数 学 模 型 已 知 ． 可 根 据 差异 对 故 障 的性 质 及 部 位 作 出 较 精 确 的 诊 断 ， 则 这 就 是 七 、 十 年代 形 成 的 基 于 系 统 数 学 模 型 的诊 断方 法 ． 括 八 包
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方 法 可 以 充 分 利 用 系统 的 内 部 知 识 ， 利 于 系 统 整 体 的 故 障 有
目前 ， 号 采 集 技 术 正 从 接 触 式 信 号 获取 方 式 向 非 接 触 信 式 信号 莸取 方 式 发 展 ， 为 在 线 故 障 诊 断 提供 了条 件 ； 断 这 诊
策 也从 人 工 方 式 向 自 动 方 式 过 渡 。 随 着 故 障 诊 断 技 术 的 发
舢
ｔ ｅ ｅｏ ｍｅ ｆｆ ｕ ｐ ｏ ｅｓｎ ｎｄ ｆｕｔ（ ｕ 矗ｎ ｉ１ Ｆｕｔｅ ｄ ｖ ｌｐ ｎｔｏ 枷 ｔｄｉ － ｒ ｃ ｓｉ ａ ｇ ａ ｌ ： ｓ ａｅ ｄＩｇ ｎ ｓｓ ｈ ｓ ａｓ ｅ ｎ ｄＪ ｕ ｓｄ ． ｏ ｉ ａ ｌｏ ｂ ｅ ￣ ｓｅ
一
关 词： 至 垫 堡苎・ 处 键 点墨 婪： 堕 信号 理
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般 地 。 杂 系 统 的 故 障 具 有 以下 的 一 些 特 性 ： 复
① 层 次性 ： 杂 系统 的结 构 可 捌分 为 系 统 、 系统 、 件 、 复 子 部 元 件 等 各 个 层 次 ， 而形 成其 功 能 的层 次性 ． 从 因而 其 故 障 和 征
理 方法 是快 速傅 立 叶 变 换 （ ｒ ）傅 立 叶 变 换 的 思 想 在 于 ： Ｆｒ， 将
一
连续 的 、 稳 的 时域 信 号 表 示 为 具 有 不 同频 率 的 谐 波 函 数 平
腰 １ 一 般 系 统 故摩 诊 断 原 理 腰
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复 杂 系统 故 障诊 断 综 述
９ ・
４ 故 障原 因 识 别 技 术
故 障 原 因识 别 技 术 是 故 障 诊 断 的关 键 ． 可 以 它 分 为基 于模 型 的 方 法 和 基 于 规 则 的 方 法 。基 于 模
已形 成各 具 特 色 的 研 究 与 应 用顿 域 。
可见 ， 障诊 断包 括 ４个 方 面 的 内容 ； 号 采 集 、 号 处 故 信 信 理 、 障 原 因识 别 和 诊 断决 策 。 故
１ 复 杂 系统 故 障 的 基 本 特 性
在构 造 上 ， 杂 系 统 由 多个 子 系 统 作 为 元 素 复
型 的方 法 包 括 ： 于 系 统 数 学 模 型 的方 法 、 于 故 基 基
图 ２ 复 杂 系 统 故 障谚 断 过程 藏 程 图
障 过 程 模 型 的方 法 和 基 于 神 经 网络 模 型 的方 法 ； 基 于 规 则 的方 法 包 括 ： 式 识 别 和模 糊 诊 断 法 基 于 模 型 的 模
任 何 一 个障 发 生 从 都 故 器 。 即使 采用 最严 格 的 可 靠 性 设 计 与 管 理 ． 为 台 格 对 立 面 作 的 故 障 却 总 是 存 在 的 ， 是 故 障率 或 高 或 低 、 障 后 果 或 重 或 只 故 轻 而 已。 于 是 研 究 故 障 诊 断 的 理 论 与 应 用 ． 于 保 证 系 统 可 对 用 度 来 说 是 至 关 重 要 的 。随 着 现 代 自动 化 水 平 的 日盏 提 高 ， 系统规模不断扩大 ， 统复杂性迅速增加 ， 系 同时 其 投 资 也越 来 越 大 。 而 引 起 维 修 费 用增 高 ， 机 损 失 巨 大 或 事 故 后 果严 重 从 停 等 问 题 。 因 此 ， 于大 型 复 杂 系 统 ， 们 更 为 迫 切 地 希 望提 高 对 人 其 整体 可 靠 性 与 可 维 修 性 ， 故 障 诊 断技 术 恰 好 为 达 到 这 一 而
ｉｒ ｎ ｏ ｅ ｖｅ ｆｆ ｕｔｃ ａ ａ ｔ ．ｔｅ ｒ ｎ ｐ ｌ ａ ｏ ｓ ＇ ｓａ ｖ ｒ ｉｗ ｏ ａ ｌ ｈ ｒ ｃｅ ｈ ｏｙ ａ ｄ ａ ｐ ｉ ｔ ｎ ｅ ｒ ｃｉ ｄ ａ ｎ ｓ ｆｃ ｍ ｌｘ ｓｓ ｍ，ｉｃｕ ｅ ｈ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｄ ｕｔ ｉ ｏｉ ｏ ｏ ｐｅ ｙｔ ｇ ｓ ｅ ｎ ｌｄ ｔ ｅ ｔｃ ｎ ｌｇ ｆｌ ｓ ａ
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《 测控技术）９８ １９ 年第 １ ７卷第 ２ 期
复杂 系统 故障诊 断综述
Ｔｈ ｍｍａ ｙ ａ ｏ ｔＦ ｕｔＤｉｇ ｏ ｉ ｆ ｍｐｅ ｓ ｅ ｅ Ｓｕ ｒ ｂ ｕ ａ ｌ ａ ｎ ｓｓ ｏ Ｃｏ ｌｘ Ｓｙ ｔ ｍ
望。
组 台 而 成 ， 种 组 台 是 多 层 次 的 ， 子 系 统 内 ． 次 之 间 的联 这 在 层 系 可 能 是 不 确 定 的 ； 功 能 上 ， 统 的 辕 ＾ 与 输 出 之 间 ． 在 在 系 存 着 由构 造 所 决 定 的 一 般 并 非 严 格 的定 量 的 或 逻 辑 的 因 果 关 系 ， 而 其 故 障 与征 兆 之 问不 存 在 一 一 对 应 的 简 单 关 系 ． 故 因 使 障 诊 断 问题 复 杂 化 。 我 们 必 须 明 确 某 一 复 杂 系 统 故 障 的 特 性 ， 能选择音适 的故障诊断方法 。 才
兆也有不 同的层次。
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ｒ ｅ ： ｈ ｖ ｓ ｎ ｎ ｈ ｎ 蛐埘ｃ ｏ ｔ ｆ ｏ ｐ ｅ ｓｅ ｌ ｔ Ｔ ｅｉ ｅｔ ｔ ｄ＝ｅ ｍ ｈ ｎ ｍｅ ａ ｅｃ ｓ ｍ ｌｘｓ ｔｍ ｏｃ ｙ ，ｔｅ Ｉ￣ｅ ｆｓ ｐ ｉｇ ａ ｍａ ｈｎ ｅ ｖ ｒｔｅ ａ ｃｄ ｎ ｈ ｏｓ ｓｏ ｔ ｐｎ ｃ ｉ ｅｍ ｈ ａ ｙ ｏ ｃ ｉ ｅ ｔ ｏ ｈ
的 应 用 。 随 着 系 统 可 靠 性 、 修 性 理 论 与 技术 的 发 展 ， 障 诊 维 故 断 巳 发 展 成 为 一 门 边 缘 学 科 ， 涉 及 系统 论 、 制 它 控 论 息 论 、 测 与 估 计 理 论 、 算 机 科 学 等 多 方 信 检 计 面 的 内容 。 目前 在 机 械 图 像 分 析 、 滑 油 样 分 析 、 润 红 外 热戚 像 、 态 信 息 处 理 及 计 算 机 模 拟 等 方 面 ， 动
－ ２７ ｒ ７
广州华南理工大学电 力学院９１（１ ￣ 杨 苹 吴 捷 ４ｇ５０ １ ６）
【 摘要】大型复杂 系统授 资大 ， 堆修 费用 高， 且停 机损 失 巨 而
大或 事 故 后 果 严 重 ， 而 其 故 障 诊 断 技 术 越 来 越 受到 重 视 。 目 奉 文 系统 地 介 绍 了复 杂 系 统 故 障 的 特 点 厦 其 诊 断 原 理 ， 此 在 基 础 上 ， 大 型 复 杂 系统 故 障诊 断 的 信 号 处 理 技 术 、 障 原 目 对 故 识 别 技 术 厦 其 应 用作 了评 述 ， 对 故 障 诊 断 的 发 展 作 出 了展 并
参 数 估 计 方 法 和 状 态 估 计方 法 。
展 ， 统 的数 学 工 具 在 其 核 心 技 术 ， 信 号 处 理 和 故 障 原 因 识 传 即
别 中 ， 到 了成 功 的应 用 ， 得 已形 成 一 些 各 具 特 色 的 方 法 。 近 年
来 ， 些 新 的 学 科 分 支 的 出 现 和发 展 及 其 在 故 障 诊 断 中 的 成 一
功 尝试 ． 故 障诊 断 技 术 的 发 展 开 辟 了新 的途 径 。 为
３ 信 号处 理 技 术
‘
信 号处 理 是 故 障 诊 断 的 前 提 和 基 础 ． 有 效・ 度 直 接 影 其 程
响 故 障 诊 断 的结 果 ， 目前 在 故 障诊 断 中 应 用 最 广 泛 的 信 号 处
往 是 一 种 探 索 的 过 程 。 遗 一 过 程 可用 图 ２表 示 。
自从 印 年 代美 国 开 始 系 统 地 开 展 故 障 诊 断 技 术 的研 究 以来 ， 一 技 术 在 世 界 各 国 正 越 来 越 受 到 重 视 。 故 障 诊 断 技 这
术 已在电子设备 、 机械 设备 及机 电一体化 设备 上得 到 了戚 功