第1章 绪论智能故障诊断的基本概念

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பைடு நூலகம்2005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.
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
智能故障诊断所涉及到的主要学科内容关系
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）
第1章 绪论智能故障诊 断的基本概念
2020年4月22日星期三
第一章 绪论
1. 课程的性质和内容 2. 智能故障诊断的基本概念 3. 智能故障诊断的研究目的和意义 4. 智能故障诊断的研究内容 5. 智能故障诊断的研究方法 6. 智能故障诊断的国内外研究概况
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
2. 智能故障诊断的基本概念
2.1 什么是智能？ 2.2 什么是故障？ 2.3 什么是故障诊断？ 2.4 什么是智能故障诊断？
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：
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。
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 ……
故障的性质
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。
若系统处于某一状态s时具有确定的特征y，即存在映射
；反之，一定的特征y也对应确定的状态s，即存
在映射
。状态与特征空间这一关系可表述为：
特征空间
f 状态空间
g
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
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
在这种情况下，故障诊断就成为：根据特征向量对 被测系统的状态进行分类的问题，或者说对特征向 量进行模式识别的问题
结论：故障诊断的实质——模式识别（分类）问题
故障诊断的过程
故障诊断的过程有三个主要步骤： 第一步是检测设备状态的特征信号，即信号测取； 第二步是从检测到的特征信号中提取征兆，即征兆
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。
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
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
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。
2.3 什么是故障诊断？
观事物和解决实际问题
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
2.2 什么是故障？