基于径向基函数神经网络的中速磨煤机故障诊断

为 第 ｉ 隐 含 层 节 个
有把 握 ， 分别 训 练 含有 和不 含 有 该 输 入 的 两个 可 网络 ， 对其 效果 进行 对 比。 目前 ， 型火 电机 组 普 遍 采 用 中速 磨煤 机 直 大 吹制 粉 系统 。本 文 故 障参 数 采 集 于广 东 珠 海 金 湾发 电有 限 公 司 ２台 ６ ０Ｍｗ 超 临 界 机 组 配 备 ０
号 源节 点 组 成 ； 二 层 为 隐含 层 ， 将 输 入 空 间 第 它 映 射到新 的空 间 ， 单 元数 视 所描 述 问题 的需 要 其
决 策 区域 。网络 的特 性 由其 拓 扑 结 构 、 经 元 特 神
性 、 习和 训练 规 则 所 决 定 。它 可 以充 分 利 用 学 ］
而 定 ； 三 层 为 输 出层 ， 第 它对 输 入 的作 用 作 出 响
应 。从输 入 空 间 到 隐含 层 空 间 的 变 换 是 非 线 性
收稿 日期 ：０ １０ —９ ２ １－３０
作者简介 ： 陈斌 源 （９ １ ） 男 ， 程 师 ， １８ 一， 工 从事 火 电机 组 安 全 运 行 及 控 制 优 化 研 究 工 作 。
自组 织选 取 中心 法 ， 监 督选 取 中心 法 和 正 交 最 有 小二 乘法 。Ｍａｌｂ神 经 网 络工 具 箱 中的 ｓ ｌｅｂ ｔ ａ ｏｖ ｒ 函数 就是 根 据正 交最 小二 乘法 编写 的 。 Ｒ Ｆ网 络 具 有 以 下 特 点 ： １ 很 强 的 泛 函 Ｂ （） 逼近 能 力 ， 理 上 能 逼 近 任 意 的 非 线 性 函 数 。 原 （ ） 型 的局 部 逼 近 网络 ， 于 每 一 个 输 入 输 出 ２典 对 样本 ， 网络 中 只 需 调 整 少 量 的 权 值 ， 而 具 有 训 从 练速 度快 的 优 点 。 （ ） 需 要 大 量 的样 本 ， 每 ３不 在
第 ２ 第 ５期 ５卷
２１ ０ １年 ９月
发 也 没 务
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Ｖ Ｏ ． ５， Ｎ Ｏ ５ １２ ． Ｓｅ ． ２ １ ｐ ０ １
基 于 径 向基 函数 神 经 网络 的 中速磨 煤 机 故 障诊 断
陈斌 源 ， 朱 军
（ 东珠 海金 湾 发 电有 限公 司 ， 海 ５ ９ ０ ） 广 珠 １ ０ ０
辨 力 。应 用 该 方 法 对 某 电厂 ＨＰ碗 式 中 速 磨 煤 机 的 故 障 特 征 数 据 集 进 行 了仿 真 实 验 ， 明该 方 法 故 障 诊 断 表
正 确 率 高 ， 断结 果 是 有 效 的 。 诊
关 键 词 ： 电 机组 ；中速 磨 煤 机 ；故 障 诊 断 ； 向基 函 数 神 经 网 络 火 径
函数 。
第 ２卷 ５
Ｒ Ｆ 网 络 要 学 习 的 参 数 有 三 个 ： 函 数 的 中 Ｂ 基
心 Ｃ 方差 以及 权值 Ｗ。根 据径 向基 函数 中心 和
选取 方 法 的不 同 ， Ｆ网络 有 多 种 学 习 方 法 ， ＲＢ 其 中最 常 用 的 四 种 学 习 方 法 有 ： 机 选 取 中 心 法 ， 随
摘 要 ： 了 能够 对磨 煤 机 早 期 故 障 做 出预 测 并 有 效 判 别 故 障类 型 ， 出 了基 于 径 向 基 函数 神 经 网络 的 为 提
磨 煤 机 故 障 诊 断 方 法 。介 绍 了该 方 法 可 以有 效 地 处 理 故 障 征 兆 与 故 障类 型 之 间 的 不 确 定 性 ， 有 很 好 的 分 具
个 平 滑 因 子 。 在 径 向 基 函 数 网 络 的 设 计 中 ， 于 由
基 函数 的个 数 小 于 数据 集 样 本点 的个 数 １， ＂ 从 ／ 而提 高 了训练 速度 ； 并且 由于 每 个 基 函数 有 自身 的平 滑控 制 因 子 ， 更 好 地 去 掉 数 据 中 的 噪 声 ， 故 使 插值 函数更 为平 滑ｌ 。 ３ ］
构成 Ｒ Ｆ网 络 的基 本 思 路 是 ： ＲＢ Ｂ 用 Ｆ作 为 隐含层 单 元 的“ ” 成 隐 含层 空 间 ， 样 就 可 以 基 构 这 将 输人 矢 量 （ 不 通 过 权 连 接 ） 即 映射 到 隐 含 层 空 间 。当 ＲＢ Ｆ的 中心点确 定 以后 ， 这种 映射 关 系也 就 确定 了 。而 隐 含 层 空 间 到输 出 空 间 的 映 射 是 线性的， 即网络 的输 出是 隐 含层 单 元 输 出的 线 性 加 权 和 ， 处 的权 即为 网络 可调参 数 。 此 隐含 层 节 点 中 的 作 用 函 数 （ 函 数 ） 输 基 对
ｐ ｔｆ ｒ ｒ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｒ ｄ ｃ ｎ ｄ ｎ ｉｙ ａ ｄ ｅ ｒｙ ｆ ｕ ｔｉ ｈ ｌ．Ｔｈ ｔ ｏ ｙ ｅ ｆ ｃ ｉ ｅ ｙ ｔ ｅ ｔ ｕ ｏ ｗａ ｄ ｉ ｒ ｅ ｏ ｐ ｅ ｉ ｔ ａ ｄ ｉ ｅ ｔｆ ｎ ａ ｌ ａ ｌ ｎ ｔ ｅ ｍｉ １ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ｍａ ｆ ｅ ｔ ｌ ｒ ａ ｖ
ａ ｆ ｕ ｔ ｓ ｐｔ ｍ ｓ ａ ｈａ ｖｅ ｙ ｔ ｏｎ ｎｙ ａ ｌ ｙｍ ｏ ｎｄ ｓ ｒ ｓ ｒ ｇ ｉ ｎｔｆ ｎｇ ａ ｄｅ ｉｙｉ ｃ ｐａｂ ｌｔ ｉｉｙ． Ａ ｓｍ ｕｌ ｉ ｉ ｃ ｉ ａｔｏｎ ｓ ｏｎｄ ｔ ｄ ｏ ｆ ｕ ｔ ｕｃ ｅ ｎ ａ ｌ
斯 函数 ：
的性 能 。此 外 还 要 求 各 输 入 变 量 之 间互 不 相 关
或相关 性 很小 ， 是输 入 变 量 选 择 的 两条 基 本 原 这 则 。如果 对 某 个 变 量 是 否 适 合 作 为 网 络 输 入 没
Ｒ 一ｘ『 ）ｅ 一 （ ｐ
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源自文库
］ 一 ， … （ １ ，， １ ２ ）
２ 中速 磨 煤 机 故 障诊 断
２ １ 神 经 网 络 模 型 输 入 输 出 参 数 的 确 定 ．
入 信 号 将 在 局 部 产 生 响 应 ， 当输 入 信 号 靠 近 即
基 函数 的 中 央 范 围 时 ， 层 节 点 将 产 生 较 大 的 隐 输出， 由此 看 出 这 种 网 络 具 有 局 部 逼 近 能 力 ，
ＣＨ ＥＮ ｎ ｙ ａ ＺＨ Ｕ ｕ Ｂｉ ・ ｕ ｎ， Ｊｎ
（ Ｚｈｕ ａ ｉ ｗａ ｏｗｅ ｎ ｒ ｔｏ ｈ ｉ ｎ ｎＰ Ｊ ｒＧｅ ｅ ａ ｉ ｎ Ｃｏ． ，Ｌｔ ，Ｚｈ ｈａ ９ ０ ｄ． ｕ ｉ５１ ０ ０，Ｃｈｉ ） ｎａ
Ａｂ ｔａ ｔ： ｅ ｆ ｌ ｉ ｇｎ ｉ ｅ ｈ ｆ ｔ ｅ ｕｍ ．ｐｅ ｄ ｒ ｉｌｂａ ｅ ｏｎ Ｒ ＢＦ— ｕｒ ｎ ｔ ｓ ｒ ｃ Ｔｈ ａｕ ｔｄ ａ ｏｓｓｍ ｔ ｏｄ ｏ ｈｅ ｍ ｄｉ ｓ ｅ ｌ ａ ｓ ｄ ｎｅ ａｌ ｅ ｗｏｒ ｈａ ｅ ｋ ｓ ｂｅ ｎ
ｅ ｆ ｃｔｖ ｆ ｅ ｉ ｅｎｅ ｓｉ ａ ｔｄｉ ｇ ｓ ｎ ｆ ｕｌ ａ ｎｏｓｓ ｉ．
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｏ ｓｌｆｒ ｄ ｐ ｗｅ ｎ ｔ ｙ ｒ ｓ ｆ ｓ ｉ ｉｅ ｏ ｒｕ ｉ ；ｍｅ ｉ ｍ－ｐ ｅ ｌ；ｆ ｕ ｔｄ ａ ｎ ｓｓ － ｄ ｕ ｓ ｅ ｄ ｍｉ ｌ ａ ｌ ｉ ｇ ｏ ｉ；ＲＢ ＦＮＮ
Ｅ— ａｌ ｂｙ ０２ ｓ ｈ ． ｏ ｍ ｉ：ｃ ３ ＠ ｏ ｕ ｃ ｍ
发 也 没 备
的， 执行 的 是 一 种 用 于特 征 提 取 的非 线 性 变 换 ； 而从 隐含 层 空 间 到输 出层 空 间 变 换 是 线 性 的 。 隐 含层单 元 的变换 函数是 Ｒ Ｆ函数 ， Ｂ Ｂ 与 Ｐ网 络 中的 Ｓｇ ｉ ｉｍｏｄ函数 相类 似 ， 不 过它 是 一 种 局 部 只 分布 的 对 中 心 点 径 向 对 称 衰 减 的 非 负 非 线 性
中图 分 类 号 ： Ｋ２ ３ Ｔ ２ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ６ １Ｏ ６ （ Ｏ １ ０ — ３ ３０ １ ７一８ Ｘ ２ １ ）５０ ２—４
Ｆａ ｌ ａ ｎ ｓｓ ｏ ｅ ｕ 。ｐ ｅ ｉｌ ｓ ｄ ｏ ｕ ｔＤｉ ｇ ｏ ｉ ｆ Ｍ ｄｉ ｍ‘ ｅ ｄ Ｍ ｌｓ Ｂａ ｅ ｎ ＲＢＦ－ ｕ ａ ｔ ｒ ｓ － Ｎｅ ｒ ｌＮｅ ｗｏ ｋ
输 入层
隐含层
输 出层
一
个 输 入 、 出 样 本 附 近 均 有 较 好 的 泛 化 能 输 自 己 的 平 滑 因 子 ， 不 必 所 有 的 基 函 数 共 有 一 而
图 １ Ｒ Ｆ网 络 Ｂ
力¨ 。对 于 高斯 基 函数 ， ３ ］ 每个 基 函数 Ｒ （ 都 有 ）
由于火 电厂磨煤 机 运 行 环 境 的 复 杂性 ， 煤 磨 机 的故 障过 程 中存 在 着 不确 定 性 ： 同一 故 障类 型 表 现 为多 种不 同 的故 障 征兆 ， 而往 往 不 同故 障 类
型也 可能产 生 不 同 的故 障征 兆 ， 外 不 同故 障 征 此
兆之 间往 往 也 存 在 相 互 关 联 的 关 系 。传 统 的 故
磨 煤 机 是 电 站锅 炉 燃 烧 制 粉 系统 的核 心 设 备 。在火力 发 电机 组 等 效 非 计 划 停 运 的所 有 影 响 因素 中 ， 磨煤 机故 障是 主 要 原 因 之一 。现代 大 型火力 发 电厂 的制 粉 系统 普 遍 采 用 了 中速 磨 煤 机 ， 故障 直 接 影 响 了 锅 炉 机 组 运 行 稳 定 性 、 其 燃 烧 经济 性 和 机 组 出 力 。所 以研 究 中 速 磨 煤 机 的
输 入 变 量 选 择 是 神 经 网 络 建 模 前 的一 项 重 要 工作 ， 否 能够选 择 出一 组 最 能 反 映期 望 输 出 是
变 化 原 因 的 输 入 变 量 ， 接 关 系 到 神 经 网 络 预 测 直
所 以径 向 基 函数 网 络 也 称 为 局 部 感 知 场 网 络 。 作 为 基 函 数 的 形 式 有 很 多 种 ， 最 常 用 的 是 高 但
障诊 断方法 往往 很难 取 得理想 的效果 。 神经 网络 作为 一 种 自适 应 的模 式 识 别技 术 ，
１ ＲＢ Ｆ神 经 网 络
Ｒ Ｆ神 经 网络 的结 构 与 多层前 向 网络类 似 ， Ｂ
它 也是 一种 三层 前 向网络 （ 图 １ 。输 入层 由信 见 ）
并 不 需要 预 先 给 出 有关 模 式 的 经 验 知 识 和判 别 函数 ， 它通 过 自身 的学 习机 制 自动 形 成 所 要 求 的
故 障诊 断具 有 重要 意义 ＿ 。 １ ］
状 态信 息 ， 来 自不 同状 态 的信息 逐 一 进 行训 练 对 而 获得某 种 映 射 关 系 。 由于 神 经 网 络 （ ＡＮＮ） 自 身 的特 性 ， 机 械 故 障 诊 断 领 域 受 到 广 泛 的 关 在 注 。与 一般 采用 的误 差反 应传 播 （ Ｐ 算 法 相 比 ， Ｂ） 近 年来发 展 起 来 的 径 向基 函数 （ Ｂ ） Ｒ Ｆ 网络 的 学 习 速度 比 Ｂ Ｐ算 法快 得多 ， 有 良好 的推 广前 景 。 具 本 文将 Ｒ Ｆ网络 引入 磨煤 机 的故 障诊 断 ， Ｂ 重点 讨 论 了 网络 输 入 变 量 的 选 取 以及 输 入 数 据 的预 处 理 等对 预测精 度 的影 响 ， 用 现场 实 测 数 据 作 为 采 算 例 ， 结果 均具 有很 好 的收敛 性 。 其
ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｓｉ ａ ａ ｆ ａ ＨＰ ｍｅ ｉ ｍ— ｐ ｅ ｌ， ｗｈ ｃ ｓ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｍ ｅ ｈ ｄ ｈ ｓ ｈ ｇ ｐ ｅ ｉｉ ｎ ａ ｄ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔ ｄ ｔ ｏ ｃ ｄ ｕ ｓ ｅ ｄ ｍｉ ｌ ｉｈ ｈ ｗｓ ｈ ｔ ｈ ｓ ｔ ｏ ａ ｉ ｈ ｒ ｃ ｓｏ ｎ