绪论智能故障诊断的基本概念

5
2. 智能故障诊断的基本概念
2.1 2.2 2.3 2.4 什么是智能？ 什么是故障？ 什么是故障诊断？ 什么是智能故障诊断？
6
2.1 什么是智能？
智能：是指能随内、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。 表现形式：观察、记忆、想像、思考、判断 智能可分为低级智能和高级智能：
建模处理
参数估计 系统辨识 模式识别
知识处理
知识获取 知识表示 知识应用
智能故障诊断所涉及到的主要学科内容关系
2
课程内容
本课程为选修课（共16学时），主要讲述智能故 障诊断技术的理论基础部分，内容包括：
智能故障诊断的基本概念（4学时） 智能故障诊断的构成原理及方法（2学时） 智能故障诊断的方案（3学时） 智能故障诊断的控制策略（1学时） 智能故障诊断的实现方法（2学时） 分组讨论（2学时） 复习总结（2学时）
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 允许范围； 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。
4
教材与参考
教材：
王仲生编. 《智能故障诊断与容错控制》. 西北工业大学 出版社，2005年.
参考：
吴今培编. 《智能故障诊断与专家系统》. 科学出版社， 1997年. 杨军编. 《装备智能故障诊断技术》. 国防工业出版社， 2004年. 盛兆顺编. 《设备状态监测与故障诊断技术及应用》. 化 学工业出版社，2003年.
特征空间 f
g
状态空间
故障诊断的基本思想表述
因此，故障诊断的目的就是：根据可测量的特征向量来 判断系统处于何种状态，也就是找出映射关系 f
15
故障诊断的实质
对于有限状态的系统，令正常状态为s0，n种故障对 应的系统状态为s1, s2, …, sn；其中，处于状态si时， 对应的可测量特征向量为yi = (yi1, yi2, …, yim)；故障 诊断就是由特征向量y = (y1, y2, …, yk)，求出它所对 应的状态s的过程
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。
14
故障诊断的实质
故障诊断的基本思想：
设被检测对象全部可能状态（正常和故障）组成状态空 间S，它的可观测量特征的取值范围全体构成特征空间Y 若系统处于某一状态s时具有确定的特征y，即存在映射 g : S Y ；反之，一定的特征y也对应确定的状态s，即存 在映射 f : Y S 。状态与特征空间这一关系可表述为：
3
学习要点
基础性：重点在于对基本概念、术语、结构和原理 的学习和掌握，目的是为以后的学习和研究工作打 下基础，具体的知识点和相关算法不在要求之内。 实践性：注意理论与实际应用相结合，在学习中思 考如何将相关的理论概念、结构和原理与实际工程 应用相对应。 主动性：智能故障诊断正处于日新月异的发展中， 其涉及到的先导知识很多，且新概念、新方法又不 断涌现和丰富，因此必须对相关知识点、以及当前 的技术流派和研究方向进行主动学习和追踪。
10
故障的分类
设备故障通常可分为——对象故障、仪表故障和系 统故障 按故障发生的性质分——硬故障和软故障 按故障发生的时间历程分——突发性和渐进性故障 按故障存在的时间历程分——间歇性和永久性故障 按故障显现的状况分——潜在故障和功能故障 按故障原因分——内在故障和环境故障 ……
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
7
智能的基本要素
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
第一章 绪论
1. 2. 3. 4. 5. 6. 课程的性质和内容 智能故障诊断的基本概念 智能故障诊断的研究目的和意义 智能故障诊断的研究内容 智能故障诊断的研究方法 智能故障诊断的国内外研究概况
1
1. 课程的性质和内容
课程性质——高等院校工科类的一门专业课
数理统计与随 信号处理 机过程 统计分析 相关分析 频谱分析 小波分析 模态分析 …… 故障诊断 系统论、信息 论和控制论 人工智能和知 识工程 智能 故障诊断
8
智能应具备的条件（能力）
三个基本能力：感知、思维、行为 感知能力——就是能感知外界变化和获取感性知识 的能力 思维能力——就是具有记忆、联想、推理、分析、 比较、判断、决策、学习等能力 行为能力——就是对外界刺激（输入信号）做出反 应（输出信息）并采取相应动作的能力
9
2.2 什么是故障？
12Biblioteka Baidu
故障的性质
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范。
13
2.3 什么是故障诊断？
11
故障的性质
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。