智能故障诊断技术知识总结

智能故障诊断技术知识总结

一、绪论

□智能：

■智能的概念

智能是指能随、外部条件的变化，具有运用知识解决问题和确定正确行为的能力。

■低级智能和高级智能的概念

低级智能——感知环境、做出决策和控制行为

高级智能——不仅具有感知能力，更重要的是具有学习、分析、比较和推理能力，

能根据复杂环境变化做出正确决策和适应环境变化

■智能的三要素及其含义

三个基本要素：推理、学习、联想

推理——从一个或几个已知的判断（前提），逻辑地推断出一个新判断（结论）的思维形式

学习——根据环境变化，动态地改变知识结构

联想——通过与其它知识的联系，能正确地认识客观事物和解决实际问题

□故障：

■故障的概念

故障是指设备在规定条件下不能完成其规定功能的一种状态。可分为以下几种情况：

1.设备在规定的条件下丧失功能；

2.设备的某些性能参数达不到设计要求，超出允许围；

3.设备的某些零部件发生磨损、断裂、损坏等，致使设备不能正常工作；

4.设备工作失灵，或发生结构性破坏，导致严重事故甚至灾难性事故。

■故障的性质及其理解

1层次性——系统是有层次的，故障的产生对应于系统的不同层次表现出层次性。

一般可分为系统级、子系统级、部件级、元件级等多个层次；高层故

障可由低层故障引起，而低层故障必定引起高层故障。诊断时可采用

层次诊断模型和诊断策略。

2相关性——故障一般不会孤立存在，它们之间通常相互依存和相互影响，如系统

故障常常由相关联的子系统传播所致。表现为，一种故障可能对应多

种征兆，而一种征兆可能对应多种故障。这种故障与征兆间的复杂关

系导致了故障诊断的困难。

3随机性——故障的发生常常是一个与时间相关的随机过程，突发性故障的出现通

常都没有规律性，再加上某些信息的模糊性和不确定性，就构成了故

障的随机性。

4可预测性——设备大部分故障在出现之前通常有一定先兆，只要及时捕捉这些征

兆信息，就可以对故障进行预测和防。

□故障诊断：

■故障诊断的概念

故障诊断就是对设备运行状态和异常情况做出判断。具体说来，就是在设备没有发

生故障之前，要对设备的运行状态进行预测和预报；在设备发生故障之后，要对故

障的原因、部位、类型、程度等做出判断；并进行维修决策。

■故障诊断的实质及其理解

故障诊断的实质——模式识别（分类）问题

■故障诊断的任务及其含义

故障检测：采用合适的观测方式、在合适部位测取特征信号，即信号测取；采用合适的方法，从特征信号中提取状态征兆，即征兆提取

故障识别：采用合适的状态识别方法与装置，依据征兆而推理识别出设备的有关状态，即状态识别

故障分离与估计：采用合适的状态趋势分析法，依据征兆与状态推理出状态的发展

趋势，即状态预测

故障评价与决策：采用合适的决策形成方法，依据有关的状态和趋势作出调整、控

制、维修等，即干预决策

□智能故障诊断：

■智能故障诊断的概念

智能故障诊断是人工智能和故障诊断相结合的产物，主要体现在诊断过程中领域专

家知识和人工智能技术的运用。它是一个由人（尤其是领域专家）、能模拟脑功能

的硬件及其必要的外部设备、物理器件以及支持这些硬件的软件所组成的系统。□智能故障诊断的研究方法：

■基于知识的研究方法

基于知识的研究方法：不需要对象的精确数学模型，而是根据人们长期的实践经验

和大量的故障信息设计出一套智能计算机程序，以此来解决复杂故障诊断问题。

模糊故障诊断

专家系统故障诊断

神经网络故障诊断

信息融合故障诊断

智能体故障诊断

集成化故障诊断

网络化故障诊断

二、智能故障诊断的构成

□基本结构：

■智能故障诊断系统的基本结构

两大部分：故障检测与诊断、故障容错控制

智能故障诊断与容错控制的基本结构

■智能故障检测与诊断模块的主要任务和基本要求

故障检测与诊断：就是从监控对象中适时准确地检测出故障信息，并对故障产生的

原因、部位、类型、程度及其发展做出判断。

其主要任务通常包含以下几个方面的容：

1.获取故障信息；

2.寻找故障源，确定故障的位置、大小、类型及原因；

3.评价故障的影响程度，预测故障的发展趋势；

4.对检测诊断结果做出处理和决策。

基本要求包括以下几方面：

1）对故障具有强检测能力

故障检测能力的强弱，一方面反映了检测诊断模块对故障的检测能力，另一方面

也直接影响故障诊断的效果

对弱故障信号和早期故障信号，故障检测能力尤为重要

2）对故障具有强诊断能力

能综合运用多种信息和多种诊断方法，以灵活的诊断策略来解决诊断问题；

能通过使用专家的经验，而尽量避开信号处理方面复杂的实时计算；

能处理带有错误的信息和不确定性信息，从而相对降低对测试仪器和工作环境的

要求。

3）尽量采用模块化结构

结构应当模块化，使之可以方便地调用其他应用程序

如维修咨询子模块、模拟故障诊断子模块等

4）具有人机交互诊断功能

现代设备的复杂性，要求综合运用多种知识源（浅、深知识）来求解复杂问题

用户适当地实时参与，将使诊断速度更快、准确性更高

用户参与有主动和被动两种方式：主动参与可干预和引导推理过程；被动参与只

回答提问，而不干预推理过程

5）具有多种诊断信息获取的途径

获取的诊断信息越丰富，则诊断效果越好

首先，应具有自动获取状态信息（当前、历史）的功能

其次，应能通过人机交互获取状态信息

6）对问题求解应当实时和准确

实时：一旦发现故障迹象，应立即开始诊断工作

准确：输出结果应当细致明了，对于并发故障允许输出多个诊断解，对于同一

故障则只有一个诊断解，对于征兆不完备情况应输出按权值排序的多个候选

故障解

7）具有学习功能

现代设备的复杂性以及新知识的不断涌现，导致专家现有知识的不足

要求系统具有被动和主动（自学习）获取新知识的能力

8）具有预测能力

应能预测故障的发生和发展，以便在故障没有发生之前采取措施，将故障消灭

在萌芽状态，使损失减为最小

9）具有决策能力

故障出现前，应能提前预测故障

故障出现后，应能对故障做出决策并提供维护方案

□构成原理：

■故障检测与诊断的常用方法

1）基于数学模型的故障检测与诊断方法

特点是必须将故障数学模型化，有时建立模型很困难