基于模型的故障诊断方法研究

ＨＭＭ是 一种 时 间序 列统 计建 模工 具 ， 由 Ｍａｋｖ 是 ｒｏ 链 和 随 机 过 程 两 部 分 组 成 的 。 Ｍａｋｖ 产 生 的输 出 ｒｏ 链 为 状 态 序 列 ， 机 过 程 产 生 的输 出 为 观 测 值 序 列 。 随
ＨＭＭ的应用 ｉ 习 和推理 两个 阶段 进行 。学 习阶段 分学 是 由观 测 到 的样 本 估 计 出 Ｈ ＭＭ 的 参数 ， 而 确 定 模 从
精 确 的数 学模 型 。它可 分为 ： 状态 估计 方法 、 数估 计 参 方法 、 等价 空 间方法 。这 三种 方法 虽然 是独 立发 展 的 ， 三 但 是 它们之 间 是有一 定联 系 的 。 １ 状 态 估计 方 法 的思 想是 ： 通 过状 态 观测 器 或 ） 把 滤波 器 的输 出与 实 际 系统 的输 出之 问 的差 值 ， 成 残 构 差序 列 ， 对 残 差 进 行 分 析 处 理 ， 而 将 故 障 检测 出 再 从 来 。２ 参 数估 计方 法 是根 据参 数 变化 的统计 特性 ， ） 进 行故 障 的检测 和 分 离 ， 需 要分 析残 差 序列 。３ 等 价 不 ） 空 间法 是先 建 立 系统 的数学 模 型 ， 根 据 系统 输 人输 再 出 的实 际测 量值 检验 所 建模 型 的等价 性 ， 而对 故 障 从 进行 检 测 和诊 断 。现 已证 明 ， 价空 间法 和基 于 观 测 等
１ 隐马 尔科 夫 （ ＭＭ） ． ２ Ｈ
断方法可划分为 ： 基于解析模型的方法 、 基于信号处理 的方 法 、 于 知识 的方 法 。本 文 主要 介 绍 基 于模 型 的 基
故 障诊断 方法 。 １ 基 于解 析模 型的故 障诊 断 方法 基于解 析模 型 的方 法需 要建 立被 诊断 对象 的较 为
基于模型的故障诊断方法研究
门吉 芳 ， 宏侠 潘
（ 中北大 学 机 械工 程与 自动 化学 院 ， 两 山 太原 ０ ０５ ） ３０ １
【 摘
要】 目 ， 前 对非线性动 态系统故障诊断 的研 究越 来越深入 ， 产生 了多种新方法和新理论 。文章介 绍了非线性动 态系统故 障 诊
断方 法之后 ， 还分析 了对故障诊 断技 术有待解决的 问题和发展趋势。 【 关键词】 解析模型 ； 粒子滤波 ； 尔科 夫； 隐马 强跟踪滤波 器 【 中图分类号 】 Ｔ ２６３ Ｐ０＊ ． 【 文献标识码 】 Ａ 【 文章编号 】 １０—７Ｘ ２１ ） — ０７０ ０３ ７３ （０００ ０６ —２ ４
采用粒子滤波 器和残 差决策方法进行故障诊断时 ， 就是 对 系统 的 正常状 态 和每种 故 障状 态分 别构造 粒子 滤 波器 ， 然后 与 实 际输 出相 比 ， 成残差 序 列 。如果 系 构 统发 生故 障 ， 则残 差序 列将 发 生变 化 ， 残差 序列进 行 对 分析 处理 ， 而 实现故 障诊 断 。 从
０ 引 言
思 路 。其 中残 差决 策 法 最 为 常用 ， 利 用 滤波 器估 计 它
出系统 的状 态 ， 和 系统 实 际输 出相 比产生 残差 ， 再 最后 对残 差 进行 决策 。
随着静态系统故 障诊断技术研究的逐渐成熟 ， 对 动态 系统 的研 究成 为热 门课 题 。动态 系统 故 障诊 断技 术涉及多方面的学科知识 （ 现代控制理论 ， 信号处理 ，
第 ２ 卷 第 ４ （ 第 １６ ） ５ 期 总 １期
Ｖｏ．５ Ｎｏ４ Ｓ １ ２ ．（ ＵＭ ｏ１ ６ Ｎ ．１ ）
机 械 管 理 开 发
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２ １ 年 ８月 ００
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模 式识 别 ， 工智 能 等 数 学物 理 方 法 的应 用 和发 展 ） 人 。 诊 断是指 采用 各种 测试 分析 手段 和故 障状 态 的识别 方 法来 确 定 故 障 的性 质 、 度 的一 门学 科 … 国际 故 障 程 。
诊断 权威 德 国的 Ｐ Ｍ． ｒｎ 教授 认 为 ， 有 的故 障诊 ． Ｆ ａｋ 所
利 用 ＨＭＭ进 行 故 障诊 断需 要 对原 始 数 据进 行 预 处理 ， 提取 特 征值 ， 将特 征 值作 为观 测样 本 。对 不 同 的 故 障模式 建立 ＨＭＭ， 生成 ＨＭＭ模 型 库 ， 后将 需要 诊 然
断的数据送人每一个模 型中计算输 出概率 ， 输出相似 概率最大的模型 的状态即为待诊 断信号的状态 ， 从而
器 的状态估 计法 在结 构 上是 等价 的 。 基 于解 析模 型 的诊 断技 术 发 展最 早 ， 它在 线 性 系 统 中 的应用 比较 成熟 ， 但是 实 际 系统 绝 大 多数 是 非 线
型 。概 率 推 理 阶段 是 指 给定 一 组 观测 样 本 和 Ｈ ＭＭ模
型库下 ， 计算 观测样本在 各个 Ｈ ＭＭ下输 出的概率 。 概率 输 出最高 的模 型作 为 辨识结 果 。
性的， 因此 Baidu Nhomakorabea 入研 究 非 线性 系 统 的故 障诊 断方 法 更 有 重要 意义 。
１１ 粒 子 滤 波 器 ．
强跟踪滤波器可 以得到系统状态和参数的联合估计 ，
然后 再 用决 策 分 类 算法 检 验 每个 参 数 估计 值 ， 而 实 从 现故 障诊 断 。
达到 故 障诊 断 的 目的。
１ 强 跟 踪 滤 波 器 ． ３
强 跟踪 滤 波 器 是基 于 参 数估 计 的 诊 断方 法 ， 可 其 实时 估计 出不 可测 的状 态 和时 变参 数 。基 于强 跟踪 滤
波器 的故 障诊 断方 法是 把诊 断 系统 的故 障化 为参数 偏 差型 故 障进行 处理 ， 果扩 展后 的 系统可 辩识 ， 如 则采 用