故障診斷的新發(fā)展(1)完整版

1、2021-7-292提綱提綱n8.1 模糊診斷法n8.2 灰色診斷法n8.3 機(jī)械故障診斷的發(fā)展趨勢n結(jié)束語2021-7-2938.1 模糊診斷法模糊診斷法n8.1.1 8.1.1 模糊的概念模糊的概念 n8.1.2 8.1.2 模糊數(shù)學(xué)的相關(guān)知識模糊數(shù)學(xué)的相關(guān)知識n8.1.3 8.1.3 模糊控制模糊控制2021-7-2948.1.1 模糊的概念 模糊性是指事物本身的概念不清楚，本質(zhì)上沒有確切的定義，在量上沒有確定界限的一種客觀屬性，研究和處理模糊性的數(shù)學(xué)方法主要是模糊數(shù)學(xué)。2021-7-295 在機(jī)械故障診斷中，模糊性主要表現(xiàn)為：檢測目標(biāo)和外部條件的模糊性、載荷與環(huán)境因素的模糊性。另外，模

2、糊性廣泛存在于結(jié)構(gòu)的材料特性、幾何特征、載荷及邊界條件等方面。2021-7-296n基于模糊集理論的模糊邏輯本身并不模糊，而是用來對“模糊”進(jìn)行處理以達(dá)到消除模糊的邏輯。n模糊邏輯本身是一種精確的方法，只是其處理的對象是一些不精確、不完全的信息。它的最大特點(diǎn)是能夠比較自然地處理人類的語言信息和知識。2021-7-297模糊實(shí)例模糊實(shí)例風(fēng)的強(qiáng)弱人的胖瘦年齡大小個(gè)子高低 在現(xiàn)實(shí)生活中并不是所有的事物都能用清晰的概念來描述，如:2021-7-298 模糊集合的背景模糊集合的背景2021-7-2998.1.2 模糊數(shù)學(xué)的相關(guān)知識普通集合普通集合隸屬函數(shù)隸屬函數(shù)模糊集合模糊集合特征函數(shù)特征函數(shù)2021-

3、7-2910 集合集合是指具有某種屬性的、確定的、彼此間可以區(qū)別的事物的全體。 普通集合普通集合用特征函數(shù)來刻畫，模糊集模糊集合合用隸屬函數(shù)作定量描述。普通集合與模糊集合普通集合與模糊集合2021-7-2911u在經(jīng)典集合中，某個(gè)元素要么屬于該集合，要么不屬于該集合，涇渭分明。u在模糊集合中，允許某個(gè)元素“”隸屬于該模糊集合，“”隸屬于另一個(gè)模糊集合。元素和集合之間的隸屬關(guān)系不具有清晰明確的界限。2021-7-2912經(jīng)典集合的表示方法經(jīng)典集合的表示方法2021-7-2913 模糊集合的表示方式（1）向量表示法（2）Zadeh表示法(查德表示法）（3）序偶表示法2021-7-2914 （1）向

4、量表示法）向量表示法 當(dāng)論域X為有限點(diǎn)集 時(shí)，X上的模糊集可以用向量A來表示，即：這里 。nxxxX,21nA,21 nixAii, 2 , 1,2021-7-2915 （2）Zadeh表示法表示法 給定有限論域 ，A為X上的模糊集合 。其中 并不表示“分?jǐn)?shù)”，而是論域中的元素 與其隸屬度函數(shù) 之間的對應(yīng)關(guān)系。nxxxX,21nnxxxA2211iixix ixA2021-7-2916 （3）序偶表示法）序偶表示法 將論域中元素 與其隸屬度函數(shù) 構(gòu)成序偶來表示A，則：ix ixA nnxAxxAxxAxA, ，, ,22112021-7-29178.1.3 模糊控制n模糊控制是用模糊數(shù)學(xué)的知識

5、模仿人腦的思維方式，對模糊現(xiàn)象進(jìn)行識別和判決，給出精確的控制量，對被控對象進(jìn)行控制。n特點(diǎn)：2021-7-2918控制思想：控制思想：2021-7-2919模糊控制基本思想模糊控制基本思想： 首先根據(jù)操作人員手動控制的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一套完整的控制規(guī)則，再根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)過模糊推理、模糊判決等運(yùn)算，求出控制量，實(shí)現(xiàn)對被控對象的控制。2021-7-2920模糊控制的起源：模糊控制的起源：2021-7-2921模糊控制過程模糊控制過程2021-7-29228.2 灰色診斷法灰色診斷法n8.2.1 8.2.1 灰色診斷法的概念 n8.2.2 8.2.2 灰色系統(tǒng)n8.2.3 8.2.3 灰色系

6、統(tǒng)的診斷方法與實(shí)例灰色系統(tǒng)的診斷方法與實(shí)例2021-7-2923n 背景：灰色系統(tǒng)理論是我國華中理工大學(xué)鄧聚龍教授提出的一種處理動態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法。n應(yīng)用范圍：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、社會、經(jīng)濟(jì)、能源、地質(zhì)、石油等眾多科學(xué)領(lǐng)域，成功地解決了生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究中的大量實(shí)際問題，取得了顯著成果。8.2.1 灰色診斷法的概念灰色診斷法的概念 2021-7-2924幾種不確定方法的比較幾種不確定方法的比較n概率統(tǒng)計(jì)、模糊數(shù)學(xué)和灰色系統(tǒng)理論是三種最常用的不確定系統(tǒng)研究方法。n概率統(tǒng)計(jì)研究的是“隨機(jī)不確定”現(xiàn)象。例如：像拋硬幣、彈著點(diǎn)在大量重復(fù)實(shí)驗(yàn)和觀察中呈現(xiàn)出固有的規(guī)律性稱之為統(tǒng)計(jì)規(guī)律性。n模糊數(shù)學(xué)著重研究“認(rèn)識

7、不確定”問題。例如：“年輕人”是個(gè)模糊概念，2021-7-2925n灰色系統(tǒng)理論著重研究概率統(tǒng)計(jì)、模糊數(shù)學(xué)難以解決的“小樣本，貧信息”不確定性問題。n灰色理論是解決不確定問題的工具之一。2021-7-29262021-7-29278.2.2 灰色系統(tǒng)灰色系統(tǒng)n人們只能憑邏輯推理，憑某些觀念意識，憑某種準(zhǔn)則對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，關(guān)系進(jìn)行論證，然后再建立某種模型。這累抽象系統(tǒng)我們稱為灰色系統(tǒng)。n灰色理論是按顏色命名的，在控制論中，人們常用顏色的深淺形容信息的明確程度。2021-7-2928灰色系統(tǒng)理論的基本概念灰色系統(tǒng)理論的基本概念n定義1 信息完全明確的系統(tǒng)稱為白色系統(tǒng)。n定義2 信息未知的系統(tǒng)稱為黑色

8、系統(tǒng)。n定義3 部分信息明確，部分不明確的系統(tǒng)稱 為灰色系統(tǒng)。2021-7-2929灰色系統(tǒng)理論的主要內(nèi)容灰色系統(tǒng)理論的主要內(nèi)容n灰色系統(tǒng)理論作為一門新興學(xué)科的結(jié)構(gòu)體系?；疑到y(tǒng)灰色系統(tǒng)理論理論體系方法體系分析體系模型體系技術(shù)體系2021-7-2930 一切隨機(jī)量都看作是在一定范圍內(nèi)變化的灰色量。比如大氣氣溫的變化是隨機(jī)量，氣溫高低，可將它當(dāng)作是在50范圍變化的灰色量。對灰色量的處理不是找概率分布、求統(tǒng)計(jì)規(guī)律，而是用數(shù)據(jù)處理的方法來找數(shù)據(jù)間的規(guī)律。 灰色系統(tǒng)的基本觀點(diǎn)：灰色系統(tǒng)的基本觀點(diǎn)：2021-7-2931 圖圖 灰色診斷計(jì)算框圖灰色診斷計(jì)算框圖2021-7-2932灰色系統(tǒng)常用的生成方式

9、有三類：灰色系統(tǒng)常用的生成方式有三類：n累加生成 簡記AGO（Accumulated Generating Operation） n累減生成 簡記IAGO（Inverse Accumulated Generating Operation ）n映射生成 簡記NGO（Napping Generating Operation ）2021-7-29338.2.3 灰色系統(tǒng)的診斷方法與實(shí)例2021-7-2934n問題：對該地區(qū)總收入影響較直接的是問題：對該地區(qū)總收入影響較直接的是養(yǎng)豬業(yè)還是養(yǎng)兔業(yè)？養(yǎng)豬業(yè)還是養(yǎng)兔業(yè)？n怎么評判？怎么評判？2021-7-29352021-7-2936例：某地區(qū)例：某地區(qū)19

10、982004年總收入，工業(yè)年總收入，工業(yè)收入，農(nóng)業(yè)收入收入，農(nóng)業(yè)收入 （單位：億元）（單位：億元）年份1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004總收入18202240444860工業(yè)收入10151624284050農(nóng)業(yè)收入32510128102021-7-2937將表反映在圖上將表反映在圖上2021-7-2938分析上圖的基本思想：根據(jù)曲線間相似程度來判斷關(guān)聯(lián)程度n曲線2的形狀與曲線1的形狀相近，而曲線3與曲線1相差較大。n因此，該地區(qū)對收入影響較直接的可以說是工業(yè)，而不是農(nóng)業(yè)。在制定該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃時(shí)，顯然應(yīng)著重發(fā)展工業(yè)。2021-7-2939總結(jié)總結(jié)n這種因素分

11、析的比較，實(shí)質(zhì)上是幾種曲線間幾何形狀的分析比較，即認(rèn)為幾何形狀越接近，則發(fā)展變化態(tài)勢越接近，關(guān)聯(lián)程度越大。因此按這種觀點(diǎn)作因素分析，至少不會出現(xiàn)異常的。2021-7-29408.3 機(jī)械故障診斷的發(fā)展趨勢機(jī)械故障診斷的發(fā)展趨勢n故障診斷的含義： 故障診斷技術(shù)是一門了解和掌握設(shè)備運(yùn)行過程中的狀態(tài)，進(jìn)而確定其整體或者局部是否正常，以便早期發(fā)現(xiàn)故障、查明原因，并掌握故障發(fā)展趨勢的技術(shù)。其目的是避免故障的發(fā)生，最大限度的提高機(jī)械地使用效率。2021-7-2941n設(shè)備診斷技術(shù)的研究內(nèi)容主要包括以下三個(gè)環(huán)節(jié)：n（1）特征信號的采集：這一過程屬于準(zhǔn)備階段，采集如速度、濕度、噪音、壓力、流量等特征值。n（2

12、）信號的提取與處理：從采集到的信號中提取與設(shè)備故障有關(guān)的特征信息，與正常信息只進(jìn)行對比，進(jìn)行狀態(tài)檢測。2021-7-2942n（3）判斷故障種類：從上一步的結(jié)果中運(yùn)用各種經(jīng)驗(yàn)和知識，對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行識別，進(jìn)而做出維修決策。2021-7-29438.3.1發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀n傳感器技術(shù)研究：傳感技術(shù)是反應(yīng)設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的儀表技術(shù)。國內(nèi)先后開發(fā)了各種類型的傳感器，如電渦流傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和溫度傳感器等；最近開發(fā)的傳感技術(shù)有光導(dǎo)纖維、激光、聲發(fā)射等。2021-7-2944n信號分析與處理技術(shù)：從傳統(tǒng)的譜分析、時(shí)序分析和時(shí)域分析，開始引入了一些先進(jìn)的信號分析手段，如快速傅立葉變換器，Win

13、ger譜分析和小波變換等。2021-7-2945n人工智能和專家系統(tǒng)n神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：比如旋轉(zhuǎn)機(jī)械神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類系統(tǒng)等的研究已經(jīng)得到了應(yīng)用。2021-7-2946n診斷系統(tǒng)的開發(fā)與研究：從單機(jī)巡檢與診斷到上下位機(jī)式的主從機(jī)結(jié)構(gòu)，直至以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的分布式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，變化形式越來越復(fù)雜，要求越來越高。n專門化與便攜式診斷儀器和設(shè)備的研制與開發(fā)。2021-7-29478.3.2發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢 設(shè)備故障診斷技術(shù)與當(dāng)代前沿科學(xué)的融合是設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展方向。 當(dāng)今故障診斷技術(shù)的發(fā)展是傳感器的精密化、多維化，診斷理論、診斷模型的多元化，診斷技術(shù)的智能化，表現(xiàn)如下：2021-7-2948n與當(dāng)代最新傳感技術(shù)尤

14、其是激光測量技術(shù)的融合。近年來，激光技術(shù)已從軍事、醫(yī)療。機(jī)械加工等領(lǐng)域深入發(fā)展到振動測量和設(shè)備故障診斷中，并且已經(jīng)成功應(yīng)用與旋轉(zhuǎn)機(jī)械對中等方面。2021-7-2949n與最新信號處理方法相融合。傳統(tǒng)的基于快速弗利葉變換的信號分析技術(shù)有了新的突破性進(jìn)展。2021-7-2950n與非吸納性原理和方法的融合。機(jī)械設(shè)備在發(fā)生故障時(shí)，其行為往往表現(xiàn)為非線性特征。如能旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)自在不平衡外力的作用下表現(xiàn)出的非線性振動。隨著混沌與分型幾何方法的日趨完善，這類問題必將得到進(jìn)一步解決。2021-7-2951n與多元傳感技術(shù)的融合?，F(xiàn)代化大生產(chǎn)要求對設(shè)備進(jìn)行全方位、多角度的故障診斷時(shí)，可采用多個(gè)傳感器同時(shí)對設(shè)備的各個(gè)位置進(jìn)行監(jiān)測，然后按照一定的方法對這些信息進(jìn)行處理，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。2021-7-2952n與現(xiàn)代智能方法融合?，F(xiàn)代智能技術(shù)包括專家系統(tǒng)、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)化計(jì)算等。n遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)2021-7-2953遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)Internet遠(yuǎn)程診斷中心企業(yè)監(jiān)測中心數(shù)據(jù)庫現(xiàn)場工作站防火墻防火墻打印機(jī)HubHubHub數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫HubPRINTHELPALPHASHIFTENTERRUNDGERFIAJBKCL7M8N9ODGDGDGDGT3U0V.WXYZTAB% UTILIZATIO