工程系統(tǒng)健康監(jiān)測(cè)與故障診斷哈工大

工程系統(tǒng)健康監(jiān)測(cè)與故障診新wwwPLCworldcnE-mail備的安全運(yùn)行1它不僅與診斷對(duì)象的結(jié)構(gòu) 密切相關(guān)，而且診斷方法方面涉及人工智能、現(xiàn)代數(shù)學(xué)機(jī)技術(shù)等多個(gè)故障診斷技術(shù)的研究?jī)?nèi)容和方法與工程應(yīng)用背景密切相關(guān)，本課程主要從機(jī)械設(shè)備故障診斷的角度，介紹故障診斷技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容。2了解故障診斷技術(shù)在管理中的了解故障診斷技術(shù)的發(fā)展歷史 發(fā)展動(dòng)掌握故障診斷技術(shù)的基本概念和原理了解常用的人工智能診3第一第二章傳感器原理與信號(hào)檢測(cè)

（2學(xué)時(shí)（6學(xué)時(shí)第三章旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷（6學(xué)第四章模式識(shí)別診斷方法第五章故障樹分析與診斷第六章故障診斷專家系統(tǒng)第七章人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷理第八章故障診斷技術(shù)應(yīng)用實(shí)課程總

（4學(xué)時(shí)（2學(xué)時(shí)（8學(xué)時(shí)（2學(xué)時(shí)（4學(xué)時(shí)（2學(xué)時(shí)4課程簡(jiǎn)介 主編.機(jī)械故障診斷學(xué).機(jī)械工 1997.（第3版5課程簡(jiǎn)介根等主編.設(shè)備故障診斷.化學(xué)工 等主編.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診工 6課程簡(jiǎn)介 等主編.設(shè)備故障診斷原理、技術(shù)及應(yīng)用.科社7了解故障診斷技術(shù)的內(nèi)了解研究故障診斷技術(shù)的意了解故障診斷技術(shù)發(fā)wwPLCworld況81.1障診斷的9故障是指設(shè)備功能失常。即設(shè)備處于不備無法達(dá)到應(yīng)有的性能故障通常包括兩種情況性能降低：通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)或修到正常狀功能失效使設(shè)備功能完全喪失，這種情況稱為失效(Failure)1.1故障與維修密切相關(guān)。設(shè)備一旦發(fā)生故生產(chǎn)安全，必須采取合適的方法進(jìn)行維維修體制與生產(chǎn)力發(fā)展水平相關(guān)設(shè)備維修方式的演變過定期維wwPLCworlcn

事后維修(Break-Down早期的維修制度，其特設(shè)備比較簡(jiǎn)單，技術(shù)水平低，對(duì)設(shè)備故目前對(duì)一些不重要的小型設(shè)備仍然沿用這種維修方式1.1定期預(yù)防維修(Time-Based：隨著大生產(chǎn)的出現(xiàn)，設(shè)備復(fù)雜程度及技術(shù)水平發(fā)生之前對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期檢修。它是以時(shí)間為基礎(chǔ)的預(yù)防維修制度，也稱為計(jì)劃維修 優(yōu)點(diǎn)：使機(jī) 延長(zhǎng)，提高了生產(chǎn)率缺點(diǎn)：存在過剩維修和維修不足滾動(dòng)軸承其使 相差可達(dá)數(shù)十倍預(yù)知維修(Condition-Based這是一種以狀態(tài)為基礎(chǔ)的維修制度，又稱為狀態(tài)維修它是在狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)備運(yùn)程度決定維修時(shí)間和維修規(guī)模優(yōu)點(diǎn)：可以充分發(fā)揮設(shè)備的潛力，做維修。因而可以縮短維修時(shí)間和節(jié) 預(yù)知維修是一種更科學(xué)、更合理的動(dòng)態(tài)維修方式，既可避免過剩維修又可防止失修。我國(guó)目前正處于從預(yù)防維修制度向預(yù)知的起步階段。大力發(fā)展和推行設(shè)備診斷：故障前無明顯征兆，難以預(yù)測(cè)。這類故障發(fā)操作引起設(shè)備的損毀等；漸近性故障：設(shè)備在使用wwwPLCworldcn中某些部件因疲勞、腐、磨損等使性能逐漸下降，最終超出允許值而發(fā)生的故。這類故障占有相當(dāng)大 ，具有一定規(guī)律性，能通早期狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障預(yù)報(bào)來間接故障：由設(shè)備其它部件引起的故障直接故障：因零部件身直接因素引起的故障根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，機(jī)械設(shè)備的劣化進(jìn)程可常使用期和耗損期三個(gè)階段，據(jù)此可將故障分為如下三類磨合期故障：經(jīng)過一段使用期故障：有 期內(nèi)發(fā)生的故障，故障率恒定耗損期故障：因磨損、wwwPLCworld 老化等原因使系統(tǒng)功早 使用 晚時(shí)故障診斷(Fault故障診斷的概念來自醫(yī)學(xué)，診斷最早是所“斷”就是進(jìn)行狀態(tài)識(shí)別和決策(辨癥 )。：就是在動(dòng)態(tài)情況下，利用設(shè)備運(yùn)行過程中產(chǎn)生的信息(即振動(dòng)、噪聲、壓力、溫度、流量等)檢測(cè)設(shè)備的狀態(tài)，確定故障的原因和部位。故障診斷就是給設(shè)備看病，設(shè)備故障診通的，它們之間有很多可比之處醫(yī)學(xué)診故障診原理及特征望、聞、問、聽、摸、看通過形貌、聲音、氣味的變化聽心音、做心電m振動(dòng)與噪聲www通過振動(dòng)大小和變化規(guī)律來量體溫度觀察溫度驗(yàn)血、驗(yàn)油液觀察物理化學(xué)成分的X射線、超聲無損觀察內(nèi)部肌體問病查閱技找規(guī)律、查原因、作判故障診斷技故障診斷的三個(gè)診斷是目的，監(jiān)測(cè) 監(jiān)測(cè)是診斷基礎(chǔ)和前提，診斷是監(jiān)測(cè)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)是簡(jiǎn)易診斷，只需要判斷設(shè)備還是異故障診斷是精密診斷，需要深入分析故生的原因和嚴(yán)旋轉(zhuǎn)機(jī)械診斷：如汽輪發(fā)電機(jī)組、壓縮往復(fù)機(jī)械診斷：如內(nèi)燃機(jī)、往復(fù)式壓縮工程結(jié)構(gòu)診斷：如海洋平臺(tái)、金屬結(jié)構(gòu)、橋梁等按檢 分振動(dòng)檢測(cè)診斷方噪聲檢測(cè)診斷方油樣分析診斷方溫度檢測(cè)診斷方壓力檢測(cè)診斷方診斷(On-所監(jiān)測(cè)的信號(hào)自動(dòng)、連續(xù)、定時(shí)地進(jìn)行現(xiàn)的故障及時(shí)做出診斷；離線診斷(Off-Line)wwwPLCworld通過磁帶記錄儀或器將現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)記錄并起來，然后在進(jìn)行回放分析。對(duì)于中小型設(shè)備往往采

故障診斷技 提高生產(chǎn)效率、降低成本、節(jié)約能源和國(guó)內(nèi)外影響較大 1984年12月 廠發(fā)生毒氣泄漏事故1986年1月 者”號(hào)航天飛 事故1986年4月， 切爾諾貝利核電站泄漏事故1985年，山西 廠發(fā)生200MW機(jī)組軸系斷裂事故2003年2月 “哥倫比亞”號(hào)航天飛 墜毀故障診斷技術(shù)和意義 設(shè)備故障診斷技術(shù)推動(dòng)維修制度向著更修方式—預(yù)知維修方向縮短維修時(shí)間、節(jié) 應(yīng)用故障診斷技術(shù)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益可以從兩方面看減少可能發(fā)生的事故損失延長(zhǎng)檢修周期所節(jié)約 由于上述經(jīng)濟(jì)效益具有“隱含”的性質(zhì)，因此往 所忽視甚 承認(rèn)。顯然這是不正確的。國(guó)外一資料顯示，開展設(shè)備診斷能帶來可觀的故障診斷技術(shù)和意義應(yīng)用情 某電廠 資料表明，投入 元的設(shè)備診費(fèi)，年獲利可達(dá) 我國(guó)1977— 年對(duì)年產(chǎn)萬噸合成氨和萬噸尿素化肥廠的五大透平壓縮機(jī)組的初步 表明，兩年內(nèi)機(jī)械故障率高達(dá)l00多次，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)幾個(gè)億。若采用診斷技術(shù)可挽回?fù)p失的30％其經(jīng)濟(jì)效益就相當(dāng)可觀了。故障診斷技故障診斷技術(shù)展概況故障診斷技術(shù)自有工業(yè)生產(chǎn)以來就已存在．如：早期通過耳科，則是20世紀(jì)60年代以后才發(fā)展起來的。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛：目前設(shè)備故障診斷技術(shù)已在金和等領(lǐng)域得到廣wwwPLCworldcn有迫切需求：由于軍事和工業(yè)領(lǐng)域有迫備運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和安全性提出有技術(shù)基礎(chǔ)：電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、信號(hào)術(shù)的發(fā)展，為設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展故障診斷技術(shù)展概況是最早開展故障診斷技術(shù)研究的國(guó)1961年開始計(jì)劃后出現(xiàn)了一系列設(shè)備故障，促使美國(guó)宇航局(NASA)組織成立了機(jī)械故障預(yù)防小組，開始很多學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，如ASMEwwwPLCworld

一些高校和公司都參與關(guān)行業(yè)的診斷技術(shù)的研究，取得了大量目 在航空、航天、軍事、核能等尖端部門的故障斷技術(shù)仍處于世界領(lǐng)先地位Bently公司在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)和旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障比較深入，推出了DM2000、TDM2000及ADRE-3故障診斷技術(shù)展概況英國(guó)于20世紀(jì)70年代初，成立了機(jī) 中心HealthMonitoringCenter)，開始診斷技術(shù)的1982年，曼徹斯特大學(xué)創(chuàng)立 工業(yè)維修公司，開信號(hào)處理技術(shù)、故障分wwwPLCworld仍具有領(lǐng)先的

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)和診斷方歐洲其它一些國(guó)家的診斷技術(shù)發(fā)展各有持色。如瑞典M公司的軸承監(jiān)測(cè)技術(shù)；丹麥&術(shù)；挪威的船舶診斷技術(shù)等都各有千秋。故障診斷技術(shù)展概況 快，占有優(yōu)勢(shì)。他們密切注視世界，積極引進(jìn)消化新技術(shù)，努力發(fā)展自己的診斷技術(shù)，研制1970年，英國(guó)提出了設(shè)備綜合工程學(xué)后，設(shè)備工程師緊接著在1971年開始wwwPLCworldcn自己的全員生產(chǎn)維修體制TPM(TotalPreventionMaintenance)三菱重工的萬博在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方面開展了系統(tǒng)的工作，他所研制的“機(jī)械系統(tǒng)”在汽輪發(fā)電機(jī)組故1.4故障診斷技術(shù)展概況從20世紀(jì)80年代末開始故障診斷系統(tǒng)的 發(fā)展較快的是大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷系和“八五”計(jì)劃期間都wwwPLCworld

大型旋轉(zhuǎn)的攻關(guān)項(xiàng)目，很多高校 參與了這方面的研究作，取得了一批重要成開發(fā)了20多種旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)，其位有：哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西安熱 、華中理工大學(xué)、西安交通大故障診斷系1.5主要由傳感器和儀表箱用于顯示振動(dòng)、溫度、壓力等監(jiān)測(cè)參數(shù)主要有Bently7200、3300、3500系列缺點(diǎn)：無分析功BentlyBently監(jiān)測(cè)儀表+信號(hào)分析儀 提供頻譜分析 軌跡、波特圖等分析功能主要產(chǎn)品：ADRE-3（Bently公司）、PM（Entek公司缺點(diǎn)：系統(tǒng)構(gòu)成：傳感器 器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要功能：數(shù) 監(jiān)測(cè) ；信號(hào)分析；自動(dòng)診斷主要產(chǎn)品：Bently公司的智能診斷技故障診斷技術(shù)是醫(yī)學(xué)診斷的基本思想在工程領(lǐng)域的推和應(yīng)用，其發(fā)展過程可基礎(chǔ)：特點(diǎn)：以數(shù)據(jù)處理 ，側(cè)重信號(hào)的檢測(cè)和分析;發(fā)比較成熟，但診斷功能第二階段：智能診斷技術(shù)=AI+常規(guī)診斷技術(shù)特點(diǎn)：以知識(shí)處理 ，運(yùn)用人工智能(AI)技術(shù)實(shí)現(xiàn)斷過程的自動(dòng)化和智能化研究重點(diǎn)：智能診斷方法定義：人工智能(Artificial ligence，簡(jiǎn)稱AI)：主研究如何用計(jì)算機(jī)來摸擬人的智能，因（Machine ligence）智能是指人們?cè)谡J(rèn)識(shí)和wwPLCworldc

觀世界的動(dòng)表現(xiàn)出來的其中思維能力 符號(hào)智能（Symbolic 它是宏觀功能它是以知識(shí)為基礎(chǔ)，通過推理進(jìn)行問題計(jì)算智能（Computational 它是微觀結(jié)構(gòu)它是以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通這種方法也稱為軟計(jì)算（SoftComputing）新的研究熱點(diǎn)遺傳算法、人工免疫系統(tǒng)智能診斷方法是智能診斷技術(shù)的為兩大類，符號(hào)推理方法：斷方法和基于案例的診wld法等；軟計(jì)算方法：包括模糊推理診斷方法、人工神方法和演化計(jì)算診斷方混合智能診斷神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)的結(jié)合工程系統(tǒng)健康監(jiān)測(cè)與故障診 本章主要介紹振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)ww的wPLCworldcn 1 2.1動(dòng)信號(hào)檢2機(jī)械振動(dòng)是物體沿直線或曲線并經(jīng)過其平衡位置往復(fù)運(yùn)動(dòng)。如彈簧振動(dòng)就是一種簡(jiǎn)單機(jī)械振動(dòng)。周期

簡(jiǎn)諧確定性振

復(fù)雜周期振機(jī)械

隨機(jī)

非周期3簡(jiǎn)諧振動(dòng)：振動(dòng)波形為單一正弦波的振動(dòng)；如彈簧振振動(dòng)量的變化經(jīng)過一個(gè)不斷重復(fù)，如電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)。周期振動(dòng)可以分解動(dòng)的疊加。非周期振動(dòng)：振動(dòng)量的變化隨時(shí)間不呈現(xiàn)重復(fù)性， 得建筑物出現(xiàn)的衰減振wwwPLCworld隨機(jī)振動(dòng)：不能預(yù)先確定的振動(dòng)，如行駛中的汽車地動(dòng)4物體振動(dòng)量的大小可以用振動(dòng)的基本參加速度來表示，這三個(gè)參量統(tǒng)稱為振動(dòng)參數(shù)振動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間變化的曲線稱為振動(dòng)波形5簡(jiǎn)諧振動(dòng)的位移可以用xAsin(t0)Asin(2ft0A—振幅，指物體在振動(dòng)過程中偏離平衡位置0—初始相0ω速度

ω26t求導(dǎo)，可得到：xAsin(t0vAsin(t0

na2Asin(t 0振動(dòng)的位移、速度、加速度都是按正弦率（ω）相同，只是振幅和相位不同相位關(guān)系是：速度比位移超前π/2，加速度比速度超前/2，比位移超前π，即78傳感器是一種轉(zhuǎn)換裝置，其作用是將被度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換為容易傳輸和處理的電信號(hào)它是診斷系統(tǒng)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，其精度和可靠性直接影響檢測(cè)診斷的準(zhǔn)確性。9振動(dòng)測(cè)量傳感器，也稱為拾振器。其作的振動(dòng)參數(shù)，并將它振動(dòng)參(位移、速度等

(電壓或電流根據(jù)振動(dòng)參數(shù)的不同，可將測(cè)振傳感器位移傳感器、速度傳感這三個(gè)參量可以通過微積分電路實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn) 2.2渦流位移傳感 作用：將被測(cè)物體與傳wwwPLCworld

間的相對(duì)位移工作原理是電渦流效應(yīng)將金屬導(dǎo)體置于變化的場(chǎng)中，在金屬導(dǎo)體表面會(huì)PLCworld電渦流傳感器的部分是一個(gè)線圈。當(dāng)線圈中有高頻交變電流通過時(shí)，線圈周圍必然產(chǎn)生交變磁場(chǎng)場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體表面就會(huì)產(chǎn)生電渦流。根據(jù)愣次定律，電渦流會(huì)產(chǎn)一個(gè)方向與l相反的交變磁場(chǎng)2，2的反作用會(huì)改變傳感器線圈的等效阻抗。利用電磁學(xué)理論進(jìn)行分析可知，線圈阻抗數(shù)描

ZF(μδ,r,d,I,fZF(d等效阻抗Z：的變化可以通過一個(gè)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成電壓間的距離d。當(dāng)金屬導(dǎo)體發(fā)生振動(dòng)時(shí)，它與傳感器之間的態(tài)變化壓的變化就可以計(jì)算出金屬導(dǎo)體的振動(dòng)幅值。結(jié)典型的電渦流傳感器系統(tǒng)主要包括傳感器（又稱探頭）延伸電纜和前置放大器三部分，如圖所成，如圖所示。線圈：是探頭 部分，它是傳感器系統(tǒng)的敏感元件，圈的電氣參數(shù)和物理幾何尺寸決定傳感傳感器電氣參數(shù)的穩(wěn)定性。探頭頭部PPS，通過“模具成型”和“二次真空注塑工藝”將線圈密封可靠穩(wěn)定地工作。探頭殼體：用于支撐探頭頭部，它作為探頭安裝時(shí)的構(gòu)，殼體采用不銹鋼制成，通常殼體上兩個(gè)緊固螺母高頻電纜場(chǎng)環(huán)境，電纜可配不銹鋼鎧裝軟管，以保護(hù)電纜不受損壞高頻接頭：探頭電纜接頭選用黃金自鎖插頭和電阻小，可靠性大大增2.2伸電纜是為了置器之間的距離。長(zhǎng)，轉(zhuǎn)斷電纜2.2簡(jiǎn)稱前置器，它實(shí)際上是一個(gè)電子信號(hào)處理器它有兩個(gè)作用：一方面為探頭線圈提供高頻交流電源的測(cè)量電路輸出相對(duì)應(yīng)的電壓或電流信號(hào)。2.2指將探頭、延伸電纜和前置放大器，以及供電電源正確連接。在整個(gè)系統(tǒng)連接中，連接器（）通常采用黃金“自鎖”結(jié)構(gòu)，保證整個(gè)系統(tǒng)連接更加安全可靠。2.22.2由于線圈直徑?jīng)Q定傳感器的線性量程，因此通常用頭直徑來分類和表征各型號(hào)的探頭φ11mm和φ25mm。wwwPLCworldcn2.2PLC2.2感器的輸出傳感器的輸出電壓U是探頭與被測(cè)物體之間距離（位移d的非線性函數(shù)，其曲線為“S”形曲線，在一范圍內(nèi)可以近似為一線性函數(shù)。因此電出特性可用位移-:k=U 傳感器的靈敏 /:k=U 2.2五被測(cè)體對(duì)電渦流傳感器特性的影電渦流傳感器的測(cè)材料不同，傳感器的靈敏度和線性范圍改變須重新標(biāo)定。2.22.2附加誤差一般需要對(duì)被測(cè)表面進(jìn)行拋光處理對(duì)被測(cè)體表面大小有一定要求。通常平面時(shí)，被測(cè)面直徑應(yīng)大于探頭頭部直徑的1.5當(dāng)被測(cè)體為圓軸，要求被測(cè)軸直徑為探頭頭部直徑的3倍靈敏度下降越多。2.2探頭頭部線圈中的電流會(huì)在頭部周圍會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，因此在安裝時(shí)要注意兩個(gè)探頭的安裝距離不能太近，否則兩探頭之間會(huì)互相干擾探頭頭部發(fā)射的磁場(chǎng)在徑向和軸向上都有一定的擴(kuò)散。因此在安裝時(shí)，就必須考慮安裝面金屬導(dǎo)體材料的影響，應(yīng)保證探頭的頭部與安裝面之間不小于一定的距離，工程塑料頭部體要完全露出安裝面，否則應(yīng)將安裝面加工成平底孔或倒角，如下圖實(shí)際的測(cè)量數(shù)值是被測(cè)物體相對(duì)于探頭距離，而需要的測(cè)量結(jié)果是被測(cè)物體相對(duì)于其基座的，內(nèi)此探頭必須牢固地安裝在基座上，通常需要用支架來固定探頭為了保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，在長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)中使用的傳感器，要對(duì)其靈敏度和線性范圍進(jìn)行定期標(biāo)定在測(cè)量不同材料的被測(cè)件時(shí)，也要重新標(biāo)定傳感器的標(biāo)定采用靜態(tài)標(biāo)定，即測(cè)量傳感器的電壓-位移曲線，并據(jù)此確定傳感器的wwwPLCworld 度和線性范。靜態(tài)位移校準(zhǔn)將傳感器探頭的螺紋部分用靜態(tài)位移校合螺母夾緊，并使探頭端面靠緊試件盤依據(jù)千分表上的位置間隙值，每次以10微米隙，直讀到有效線性量程為止，記錄每 根據(jù)測(cè)量結(jié)果繪制位移-wwPLCworldc 線若標(biāo)定不同材料應(yīng)更換試件盤。通常采用 或45 磁電式速度傳感工作原在傳感器殼體中剛性地鐵，慣性質(zhì)量（線圈組rldcn元件懸掛于殼鐵相對(duì)運(yùn)動(dòng)、切割磁力線，圈

速度傳感器設(shè)線圈的匝數(shù)為w，當(dāng)穿過線圈的磁通φ其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為ewd

B-磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)

；-v-線圈與磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度B、w、l均為常數(shù)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與速度通過測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的值，即可計(jì)算出靈敏度較高，可測(cè)量微輸出信號(hào)大，電器穩(wěn)定性好 能力強(qiáng)缺點(diǎn)

體積大、重量大， 容易失效對(duì)安裝角度要求較高，有些型號(hào)只適合應(yīng)用固定安裝在機(jī)器上，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)其振動(dòng)速臨時(shí)安裝在機(jī)器的相應(yīng)測(cè)點(diǎn)上，巡檢其在底座中 一個(gè)M8(M6)螺釘固用快卸強(qiáng)磁吸座固定（用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè) 壓電式加速某些物質(zhì)如石英晶體(SiO2)，當(dāng)受到外力作用后，不僅幾這種現(xiàn)象叫做。具有壓電效應(yīng)的材料稱為wwwPLCworld 材料，常見的有兩類：如石英。優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度高，于標(biāo)準(zhǔn)儀器或要求較高的傳感器中。人工壓電陶瓷：但強(qiáng)度和穩(wěn)定壓電傳感器可以看作是電荷發(fā)生器，又是一個(gè)電容器并連接法：電容量測(cè)量緩變信號(hào)并以電荷串連接法：號(hào)的場(chǎng)合。作原常見的壓電式加速度傳感器的構(gòu)模型如右圖電元件的兩個(gè)表面上鍍有電極，固螺母對(duì)質(zhì)量塊預(yù)先加壓緊在壓電元

質(zhì)量電極

緊固螺壓電元件當(dāng)傳感器隨被測(cè)對(duì)象振動(dòng)時(shí)，慣性力F=ma作用在壓電元件 Q=d×F=d×m其中，d為晶體的壓電常數(shù)wPLCorldcn為質(zhì)量塊的質(zhì)d、m為常數(shù)時(shí)，電荷量Q與被測(cè)對(duì)象的加速度a成正比輸出電荷由傳感器輸出端引出，輸入到前置放大器后就可以用普通的測(cè)量?jī)x器測(cè)試出被測(cè)對(duì)象的加速度；如果在放大器中內(nèi)置適當(dāng)?shù)姆e分電路，就可以測(cè)量被測(cè)對(duì)的振動(dòng)速度或位移由于壓電式傳感器的輸出電信號(hào)是很微弱的電荷，而且傳來一定檢波電路將信號(hào)輸給指前置放大器的主要作用將傳感器的高阻抗輸出放大傳感器輸出的微弱前置放大器的類型電壓放大器：輸出電壓與輸入電壓成正比電荷放大器：輸出電壓與輸入電荷成正比電壓放大器與電荷放大器的對(duì)比電壓放大器形態(tài)對(duì)傳感器的測(cè)量精度影響很大，因放大器突出的隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，可將集成放大器封裝表連接。壓電式加速度傳感器屬于發(fā)電型傳感器，可以把它看成兩種表示方式。電壓靈敏度：傳感器輸出電壓與所承受電荷靈敏度：傳感器輸出電荷與所承受加速度單位為m/s2但在振動(dòng)測(cè)量中通常采用重力加速度作為單位，1g=9.80665m/對(duì)于一個(gè)理想的壓電加速度傳感器來說，只有當(dāng)傳感器沿而對(duì)其他方向的振動(dòng)，應(yīng)該沒有信號(hào)輸出。然而實(shí)際的傳感器并非如此，因此需要了解其橫向靈敏度。橫向靈敏度表示傳感器對(duì)橫向振動(dòng)的敏感程度度通常用傳感器主軸方向靈敏度的百分?jǐn)?shù)來表示靈敏度應(yīng)小于主軸方向靈敏度的3％。指壓電加速度傳感器的幅值靈敏度隨頻率變化的情況的安在實(shí)際使用時(shí)，加速度計(jì)的頻率取決于其在被測(cè)物體因而常用的加速度計(jì)安裝固定wwwPLCworldcn有如下幾。 原信號(hào)的獲得及處理過數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn)：靈活、精度高、便于調(diào)用：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)， 在計(jì)算中的過動(dòng)態(tài)信號(hào)分析 模擬式磁帶記錄數(shù)字式磁帶記首先利用A/D錄的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)PLCworld制的數(shù)字信上。重放過程記錄的信息只是“0”“1”，記錄在進(jìn)行數(shù)字處理之前，對(duì)信號(hào)用模擬方法處理的難度。預(yù)處理內(nèi)容：電平變換、隔直、濾電平變換：對(duì)輸入信號(hào)的wwwPLCworldcn進(jìn)行處理，將幅值符合A/D的動(dòng)態(tài)輸例如：電渦流傳感器的前置器的輸出電壓為-10V左右，A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍是±5V隔直:信號(hào)中含有較大的直流成分，超出A/D的動(dòng)態(tài)輸圍，須將直流是一種選頻裝置，使信號(hào)中的特定頻率成分通過，極大地衰減其它頻率成分。用于濾除信號(hào)中的干擾噪聲或進(jìn)行頻譜分析類型：低通帶通和帶阻濾波器的幅A/D將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為其對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)的過程稱為A/D轉(zhuǎn)換過程主要包括采樣、量化和編碼采樣也稱為抽樣，是信號(hào)在時(shí)間上的離散化，x(t)按一定時(shí)間間隔Δt逐點(diǎn)取其瞬時(shí)采樣是通過采樣脈沖序列p(t)與模擬信x(t)相乘實(shí)現(xiàn)的Δt稱為采樣間隔，f=1/Δt稱為采樣頻率量化是對(duì)幅值進(jìn)行離散化，即將采樣信號(hào)x(nΔt)經(jīng)過舍或截尾方法變?yōu)橹挥杏邢迋€(gè)有效數(shù)字的取信號(hào)x(t)可能出現(xiàn)的最大值A(chǔ)，令其分為D個(gè)間隔個(gè)間隔的長(zhǎng)度為：R=A/D，稱為量化步長(zhǎng)當(dāng)采樣信號(hào)xnΔt)落在某個(gè)間隔內(nèi)，經(jīng)過舍入或截尾方法量化步長(zhǎng)R越大，則量化wwwPLCworldcn量化步長(zhǎng)的大小一般取決于A/D的位數(shù)，其位數(shù)越高，化步長(zhǎng)越小，量化誤差例如：8位A/D，其量化步長(zhǎng)12位A/D，其量化步長(zhǎng) 將離散幅值經(jīng)過量化以后，變?yōu)槎M(jìn)制 合理地確定采樣間隔Δt是一個(gè)重要Δt決定了采樣信號(hào)的質(zhì)量和數(shù)量Δt太小，采樣信號(hào)的數(shù)量劇增，占用較多 空間Δt太大，會(huì)丟失一些信息。根據(jù)采樣信號(hào)恢復(fù)成原來擬信號(hào)會(huì)出現(xiàn)PLCworld采樣定理

信號(hào)處理的精當(dāng)采樣頻率滿足如下條件：fs2fmax，其中fmax為原信號(hào)則，采樣后得到的信號(hào)可以無失真地恢若不能滿足采樣定理，將會(huì)產(chǎn)生頻 現(xiàn)象 足夠的采樣率下的采樣過低采樣率下的采樣 頻如果采樣間隔過大（不滿足采樣定理）為頻率。消除頻 提高采樣頻fs 5-4)采用低通濾波器，濾掉不需要的高頻成 把A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量變換為帶有工變換稱為標(biāo)度變換、也各種物理量有不同的單位和數(shù)值，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后變成一系列數(shù)字量，數(shù)字量的變化范圍由/D的位數(shù)決定。 如果直接把A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量顯示或打然不便于操作者理解，所以需要進(jìn)行標(biāo)標(biāo)度變換有多種形式，它取決于被測(cè)物理量所或變送器的類 同 所 的是發(fā)生在同一時(shí)刻的多路信號(hào)。這樣多信號(hào)之間沒有時(shí)間上的超前與滯后，不存在相位差。 各路信號(hào)www路信號(hào)之間因有時(shí)間上的超同 不存在相位差，但硬件成本高，所以大多數(shù)應(yīng)場(chǎng)合只要求巡 PCI總線 可與各種臺(tái)式計(jì)算機(jī),工控機(jī)相連 最高采樣頻率:通道數(shù)32模入范圍A/D觸發(fā)方式定時(shí)器觸發(fā)軟件觸外啟動(dòng)方式:由外部TTL 器: USB接口外置式A/D產(chǎn)品,它采用USB接口與計(jì)算機(jī)相連,不需機(jī)內(nèi)插板，體積小巧,使用方便，可帶電拔插,無需外接電源它是筆記本機(jī) 的最佳選擇，亦適用于各種臺(tái)式計(jì)工程系統(tǒng)健康監(jiān)測(cè)與故障診第三章旋機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷 掌握旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)掌握旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)參數(shù)了解旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)了解旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和診斷1第三章旋機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械概2旋轉(zhuǎn)機(jī)械是指主要部件作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、3機(jī)械設(shè)備中大部分都是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，應(yīng)用 電動(dòng) 水鼓風(fēng)

柴油發(fā)4主要由轉(zhuǎn)子（軸、葉輪、聯(lián)軸器等）、軸承（動(dòng)）、定子或機(jī)器殼體5600MW汽輪 6轉(zhuǎn)子的造價(jià)昂貴，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的價(jià)格約占整機(jī)的80600MW汽輪機(jī)7轉(zhuǎn)子 部件，它決定整機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)：主要是研究轉(zhuǎn)子障診斷方汽輪機(jī)中壓8第三章旋機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷轉(zhuǎn)子振動(dòng)的9簡(jiǎn)化為一個(gè)圓盤裝在一個(gè)無質(zhì)量的彈性轉(zhuǎn)軸承座支承。該模型稱為剛性支承的轉(zhuǎn)子。A、B兩個(gè)支撐點(diǎn)在同一水平線上，圓盤位于AB的中點(diǎn)當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于離心力的作用，圓盤的幾何中心O′不在上，此時(shí)轉(zhuǎn)子存在兩種運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)：轉(zhuǎn)子的自身轉(zhuǎn)動(dòng)，即圓盤繞其軸線AO′B渦動(dòng)：O′繞軸線AOB作弓形轉(zhuǎn)動(dòng)，也稱為進(jìn)動(dòng)正進(jìn)動(dòng)：轉(zhuǎn)子的渦動(dòng)方向與轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω同向反進(jìn)動(dòng)：轉(zhuǎn)子的渦動(dòng)方向與轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω反向設(shè)m為圓盤的質(zhì)量，k為轉(zhuǎn)子的剛度系學(xué)微分方程可知轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓盤的中心O′在橫向，x、y方向作簡(jiǎn)諧動(dòng)，且振幅不相等，所以O(shè)′的運(yùn)動(dòng)軌跡為一橢圓該模型的分析結(jié)果，適用于簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)對(duì)于較為復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，也能定性地轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)可分為三種橫向（徑向）振動(dòng)：沿轉(zhuǎn)子軸線垂直方向的振動(dòng)軸向振動(dòng)扭旋轉(zhuǎn)機(jī)械大多數(shù)故障所激發(fā)的振動(dòng)為徑向振動(dòng)，是主要究對(duì)象，少數(shù)故障（如不對(duì)中）會(huì)激發(fā)軸向振動(dòng)扭振多見于大型汽輪發(fā)電機(jī)組，具有極大的破壞性增加軸的疲勞損傷，降低使用，嚴(yán)重扭振會(huì)導(dǎo)致機(jī)組斷軸。橫向振動(dòng)的固有頻率個(gè)轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。計(jì)算：根據(jù)轉(zhuǎn)子的幾何測(cè)試：在啟動(dòng)過程中通過對(duì)振動(dòng)信號(hào)的兩個(gè)臨界轉(zhuǎn)速之間時(shí)，轉(zhuǎn)子振動(dòng)相對(duì)平穩(wěn)機(jī)械的設(shè)計(jì)奠3.2以一階臨界轉(zhuǎn)速為界限，可將轉(zhuǎn)子系統(tǒng)分為兩種剛性轉(zhuǎn)子：工作轉(zhuǎn)速<一階臨界轉(zhuǎn)速柔性轉(zhuǎn)子：工作轉(zhuǎn)速>一階臨界轉(zhuǎn)速大型高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，如wwwPLCworld

、壓縮機(jī)等均屬于系統(tǒng)，汽輪機(jī)的工作轉(zhuǎn)速在一階和二階沖臨界轉(zhuǎn)速：柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)較為平穩(wěn)，但在啟動(dòng)，需要經(jīng)過臨界轉(zhuǎn)速，應(yīng)快速?zèng)_過轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速應(yīng)避開工作轉(zhuǎn)速，如減臨界轉(zhuǎn)速顯著第三章旋機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械振3.2旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)參數(shù)振幅表示振動(dòng)嚴(yán)重程度。通過監(jiān)測(cè)振動(dòng)幅值，可以判設(shè)備的運(yùn)行狀（正常、 、 ）。振幅可以分為位移振幅通頻振幅：是指轉(zhuǎn)子的wwwPLCworldcn頻率振動(dòng)分量基頻振幅：指在轉(zhuǎn)速頻率下按正弦3.2旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)參數(shù)位移振幅：用雙振幅，即峰-峰值(P-P值)表示速度振幅：用單振幅有效值，即振動(dòng)烈度(Vrms)表示加速度振幅：通常用最大單峰值3.2旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)速是指轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，單位rpm轉(zhuǎn)速不僅表明了設(shè)備的負(fù)荷，而且當(dāng)設(shè)常轉(zhuǎn)速也會(huì)有相應(yīng)的變例如：當(dāng)離心壓縮機(jī)組發(fā)生喘振時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子發(fā)生碰wwwPLCwor

，轉(zhuǎn)速也不穩(wěn)定軸向位置是止推盤和止推軸承之間的相轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)靜部件之間的軸向摩擦是常見的、同時(shí)也是最靜件之間摩擦故障的發(fā)生。第三章旋機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械振3.4旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)定標(biāo)準(zhǔn)目前通常采用通頻振幅來衡量設(shè)備的運(yùn)用傳感器的種類可分為：利用接觸式傳感器（如速度傳感器）放置在軸承座上測(cè)量軸承的絕對(duì)振動(dòng)。軸振動(dòng)評(píng)定：利用非接觸式傳感器（如電渦流傳感器）量軸相對(duì)于機(jī)殼的振動(dòng)軸承振動(dòng)通常采用振動(dòng)烈度作為評(píng)定參振動(dòng)烈度是振動(dòng)速度的有效值或稱均方根值(RootSquare)，它反映了振動(dòng)能量的大小3.4旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)定標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)烈度的3.4旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)定標(biāo)準(zhǔn)3.4旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)定標(biāo)準(zhǔn)在軸承座上測(cè)量機(jī)組的反映轉(zhuǎn)子的振動(dòng)情況。需要直接測(cè)量轉(zhuǎn)軸振動(dòng)通常采用振動(dòng)峰-峰值作為評(píng)定石油學(xué)會(huì)給出了功率不超過1000kw軸振動(dòng)的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)AN617，其振 值A(chǔ) nA為振動(dòng)允許n為機(jī)器的轉(zhuǎn)速，單位是第三章旋機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)參數(shù)的測(cè)轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)測(cè)測(cè)量轉(zhuǎn)軸振動(dòng)時(shí)，一般是測(cè)量軸的徑向振動(dòng)面內(nèi)水平和垂直方向的振動(dòng)傳感器選用電渦流傳感通常是在一個(gè)平面內(nèi)相互垂直的兩個(gè)方即兩個(gè)測(cè)點(diǎn)之間相差90度。安裝方式有兩種(1)垂直水平方向安裝；(2)垂直中心線兩側(cè)45實(shí)際上，兩個(gè)探頭可安裝在軸承圓周的任何位置，只要能夠保證其90±5度的間隔，都能準(zhǔn)確測(cè)量軸的徑向振動(dòng)。(1)電渦流傳感器輸出的振動(dòng)信號(hào)包含兩部分⑴交流分量：表示探頭與軸表面之間的動(dòng)態(tài)間隙電壓⑵直流分量：表示平均間隙電壓，用于確(1)

(2)在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，相位的含義是指轉(zhuǎn)子在某一瞬間振動(dòng)的頻信號(hào)與自身某一固定標(biāo)志的相位差在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，通常采用健相位法測(cè)量相位固定標(biāo)志：在工程上指鍵相信號(hào)：當(dāng)軸上的凹槽或凸鍵轉(zhuǎn)到探頭安裝位置時(shí)觸的脈沖信號(hào)，軸每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生一個(gè)鍵相鍵相傳感器：測(cè)量鍵相位信號(hào)采用的電(2)(2)將振動(dòng)信號(hào)經(jīng)濾波后得到的基頻信號(hào)與鍵相信號(hào)鍵相脈沖到振動(dòng)信號(hào)的下一個(gè)正峰值之間轉(zhuǎn)過的角度(2)識(shí)別故障：通過相位的變化可以判斷設(shè)生碰摩故障時(shí)相位變化高點(diǎn)：可以視為轉(zhuǎn)軸上的某一點(diǎn)，當(dāng)該感器測(cè)點(diǎn)的位置時(shí)，振動(dòng)wwwPLCworld是正峰及殘余不平衡量的位置。光電傳感器測(cè)鍵相：在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常使光電傳感器測(cè)量鍵相信號(hào)(3)利用鍵相位傳感器獲得與轉(zhuǎn)速同步的脈測(cè)量連續(xù)兩個(gè)鍵相脈沖之間的時(shí)間間隔T，則轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速n為：n=1/T例如：測(cè)得相脈沖之間的時(shí)間間隔T=20則轉(zhuǎn)速n=60*1000/203000盤測(cè)轉(zhuǎn)速。(3)利用 在軸上安裝一個(gè) ，使每轉(zhuǎn)產(chǎn)生多個(gè)脈沖(3)利用 齒輪的齒數(shù)就是傳感器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖測(cè)量越精當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，由于傳感器的頻率響應(yīng)不能太為了計(jì)算方便，一般選用60齒或30率不超過10kHz用計(jì)數(shù)器記脈沖個(gè)數(shù)，如果每秒鐘計(jì)數(shù)N個(gè)，齒輪的為K個(gè)，則轉(zhuǎn)速n按下式計(jì)n=60*N/ (3)(3)軸向位移的測(cè)量采用電渦流傳感器。軸向位移測(cè)的是轉(zhuǎn)軸的平均位置(直流量)，不是軸向振（交流量）測(cè)量面應(yīng)該與轉(zhuǎn)軸是一個(gè)整體。測(cè)量面探頭中心線為中心，寬度為1.5倍探頭直整個(gè)環(huán)形測(cè)量面應(yīng)光滑、平整，滿足被軸向位移傳感器的安裝應(yīng)保證一定的安于其軸向竄動(dòng)量的中心為了保證軸位移停機(jī)連鎖的可靠性，通常采用兩套移傳感器同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)第三章旋機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)分析方3.6旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)號(hào)分析方法對(duì)日常運(yùn)行(不同時(shí)間)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分①時(shí)域波②頻譜 ④趨勢(shì)

對(duì)啟停機(jī)過程(不同轉(zhuǎn)速)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分①波特②極坐③三維譜它是最原始的振動(dòng)信號(hào)，包含大量的信能識(shí)別出劃痕等引起的某些故障信號(hào)，其波形進(jìn)行初步判斷。例如不對(duì)中故障：波形包含不平衡故障：波形為單碰摩故障：波形包含高頻率是分析振動(dòng)原因的重要依據(jù)。不同振動(dòng)頻率一般也是不同旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)頻率多以運(yùn)行轉(zhuǎn)速的整數(shù)倍或分?jǐn)?shù)現(xiàn)，通常用機(jī)械運(yùn)行轉(zhuǎn)速的倍數(shù)或分?jǐn)?shù)LCorld2x、3x、(2)利 變換可以將振動(dòng)信號(hào)分解為多個(gè)諧波分量的疊加(2)稱為軌跡。 軌跡是利用安裝在同一截面內(nèi)相互感器所測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)趨勢(shì)分析反映的是轉(zhuǎn)子的特征數(shù)據(jù)征數(shù)據(jù)可以是通頻振幅、1x振幅、2x振幅等。反映了1x的幅值和相極半徑表示振幅角度表示相位它與波特圖表示內(nèi)容相它是啟停機(jī) 不同轉(zhuǎn)速下的頻譜圖的集成第三章旋機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械常見故障的診3.7旋轉(zhuǎn)機(jī)械常見障的診斷故障產(chǎn)生的原設(shè)計(jì)原因：結(jié)構(gòu)不合理、工作轉(zhuǎn)制造原因：材質(zhì)不良、強(qiáng)度不夠安裝維修：部件安裝錯(cuò)位、軸系操作運(yùn)行：超速機(jī)器劣化：磨損、松動(dòng)等轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)子動(dòng)靜(1)初始不平衡：材質(zhì)不均（砂眼、氣孔漸發(fā)性不平衡：不均勻突發(fā)性不平衡：部件脫(1)(1)不平衡故障的一般特振動(dòng)的時(shí)域波形為正弦軌跡為橢圓形(1)不平衡故障的一般特不平衡的振動(dòng)頻率就是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速頻率（基頻，因此頻譜圖中基頻(1x)分量為主，約占80，含有少量其它頻率分量，頻譜圖呈縱樹形。(1)不平衡故障的一般特振動(dòng)幅值與轉(zhuǎn)速相關(guān)，在臨界轉(zhuǎn)速處發(fā) (1)初始不平衡的分類特因，即使機(jī)組在制造過為消除質(zhì)量不平衡產(chǎn)生的振動(dòng)，應(yīng)在平衡機(jī)或現(xiàn)場(chǎng)作動(dòng)平衡，加以校正。wld(1)轉(zhuǎn)子部件脫運(yùn)行中的轉(zhuǎn)子部件突然脫落也會(huì)引起轉(zhuǎn)振幅突然發(fā)生變化，嚴(yán)重影響機(jī)組的正為了防止脫落部件在慣性力作用下飛出故，必要時(shí)應(yīng)及時(shí)停機(jī)檢修部件脫落的主要特征是振動(dòng)會(huì)突然發(fā)生定，振動(dòng)的幅值一般會(huì)(1)轉(zhuǎn)子部件結(jié)動(dòng)增大。由于結(jié)垢需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，所以振動(dòng)是隨著大的，并且效率逐漸下降(1)不平衡故障診斷實(shí)例開車振動(dòng)值正常，但監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)其振動(dòng)值有逐步增波形為正弦波頻譜以1x頻為診斷意見障原因?yàn)闈u變不平衡，是由于轉(zhuǎn)子流通結(jié)垢或局部腐蝕造成的。處理措漸變不平衡短期內(nèi)不會(huì)迅速，同時(shí)正常生產(chǎn)一旦中斷將會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此決定利用監(jiān)測(cè)系生產(chǎn)驗(yàn)證6不彎曲；軸套內(nèi)側(cè)()發(fā)生局部嚴(yán)重腐蝕，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量逐漸增大。(1)不平衡故障診斷實(shí) 故障的主要特征表現(xiàn)是①振動(dòng)頻譜中，最大分量是wwwPLCworldcn的轉(zhuǎn)速頻率(118.14Hz)成，占通頻總振幅的84~88%②振幅具有呈階躍型突然增大件脫落造成突發(fā)性不平由于振動(dòng)很大，為防止脫落www物體產(chǎn)生更大停 搶修后發(fā)現(xiàn)汽的次末級(jí)葉片斷了兩只旋轉(zhuǎn)機(jī)械一般是由多根轉(zhuǎn)子所組成的多一般采用聯(lián)軸節(jié)勻下沉等原因影響，造成相鄰兩轉(zhuǎn)子的線不對(duì)中，從而引起機(jī)組的振動(dòng)。wld(2)軸線平行位平行不(2)軸線交叉成—角度，稱為角度不角度不(2)軸線位移且交綜合不(2)轉(zhuǎn)子徑向振幅中的二倍頻振幅大，并且A2／A1=0.85～1.5時(shí)，聯(lián)軸節(jié)可能會(huì)出現(xiàn)故障；A2／A1>=1.5時(shí)，聯(lián)軸節(jié)軌跡為香蕉形或8(2)背景信息：器的螺栓，對(duì)軸系的轉(zhuǎn)子對(duì)中情況進(jìn)行了調(diào)整。(2)不對(duì)中故障實(shí)檢修后啟動(dòng)機(jī)組時(shí)，透平和壓縮機(jī)低壓縮機(jī)高壓缸振動(dòng)較大機(jī)組運(yùn)行—、的徑向振動(dòng)增大，其中測(cè)點(diǎn)5振動(dòng)值增加兩倍。測(cè)點(diǎn)6的軸向振動(dòng)加大，透平和壓縮機(jī)ld缸的振動(dòng)無明顯變化：機(jī)組運(yùn)行兩，高壓缸測(cè)點(diǎn)5的振動(dòng)超過沒計(jì)允許值，振動(dòng)(2)(2)壓縮機(jī)高壓缸主要振動(dòng)特征頻譜中2x軌跡為雙橢圓復(fù)診斷意見障，必須緊急停機(jī)檢修。生產(chǎn)驗(yàn)證檢修人員做好準(zhǔn)備工作后操作人員按正常停機(jī)處理根據(jù)診斷結(jié)論，重點(diǎn)對(duì)機(jī)組聯(lián)軸器 體檢查發(fā)現(xiàn)，連接壓縮機(jī)高壓缸與低壓缸之間的聯(lián)軸(半剛性聯(lián)軸)固定法蘭與內(nèi)齒套的連接螺栓已斷掉三根。復(fù)查轉(zhuǎn)子對(duì)中情況，發(fā)wwwPLCworldcn子對(duì)中嚴(yán)重超于設(shè)計(jì)要求的16倍運(yùn)行止常，避免了一次惡性事故。轉(zhuǎn)子彎曲是指轉(zhuǎn)子各橫截面的幾何中心連線重合，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生偏心質(zhì)量，引起不平轉(zhuǎn)子彎曲與不平衡有相似之處，但二者是不同的質(zhì)量不平衡是指各橫截面的質(zhì)心連線在偏差，而產(chǎn)生偏心質(zhì)量rld起不平衡振轉(zhuǎn)子彎曲的類轉(zhuǎn)子初始原因：加工不良、碰撞、長(zhǎng)期停放方法特征：與質(zhì)量不平衡轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特征相彎轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)速較低時(shí)振動(dòng)較明顯轉(zhuǎn)子熱由于轉(zhuǎn)子發(fā)生間歇性局部摩擦，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子臨時(shí)性彎曲啟機(jī)運(yùn)行時(shí)暖機(jī)不充分，引起轉(zhuǎn)子臨時(shí)特征:轉(zhuǎn)子的振動(dòng)幅值和相位隨時(shí)間和負(fù)荷的變化而改變。因此，可通過變負(fù)荷或一ldn 間的振動(dòng)監(jiān)測(cè)判斷轉(zhuǎn)子熱彎曲故障。預(yù)防措施減小使轉(zhuǎn)子不均勻受熱機(jī)，保證機(jī)組注意裝配間隙，各部件要有相近的膨脹隨著機(jī)組參數(shù)的不斷提高，動(dòng)靜間隙的不斷縮小，以及運(yùn)行過 不平衡、不對(duì)中、熱彎曲等的影響，經(jīng)常發(fā)生轉(zhuǎn)子動(dòng)靜件之間的摩擦。碰摩故障的類根據(jù)摩擦部位不同，碰從不同的角度，摩擦還可分為局部摩擦中期和晚期碰(4)轉(zhuǎn)子碰摩故障的波形畸頻譜豐工程系統(tǒng)健康監(jiān)測(cè)與故障診第 模式識(shí)別(Pattern產(chǎn)生于1960年代，是AI研究的一個(gè)分本章

掌握模式識(shí)別診斷的基本概了解統(tǒng)計(jì)識(shí)別方1第 概2模式識(shí)別的基本是抽象的，文字、圖wwPLCworldcn聲音等是具體的。模式類：具有某些共同特性模式類—模 —元3模式識(shí)別的基本式類中。wwwPLCworldcn4模式識(shí)別的過設(shè)計(jì)：訓(xùn)練過程(離線實(shí)現(xiàn)：識(shí)別過程 5模式識(shí)別技術(shù)的

語音輸入系統(tǒng)，識(shí)別連續(xù)語音比 生物虹膜、人臉識(shí)6故障診斷與模式故障診斷的實(shí)質(zhì):是一個(gè)模式識(shí)別問狀態(tài)監(jiān)測(cè)：(兩種狀wwwPLCworld 識(shí)別判斷設(shè)備的工故障診斷：7基于模式識(shí)別的診斷系分類特提分類特提信預(yù)處數(shù)分類器：按確定的分類規(guī)則對(duì)待識(shí)模式進(jìn)行分8第 統(tǒng)計(jì)識(shí)別方9n維特征向量來表示選擇能夠反映狀態(tài)分類本質(zhì)的n個(gè)持n維特征向量，每個(gè)模式相當(dāng)于n維特征空間的一個(gè)點(diǎn)。研究證明同類模式具有聚類性使得同一類模式處在特征空間的同一區(qū)域中。根據(jù)所屬區(qū)域，進(jìn)行模對(duì)于待分類的模式、可根據(jù)它的持征向哪一個(gè)區(qū)域而判定它屬二維狀態(tài)進(jìn)行狀態(tài)分類通常采用距離函數(shù)，如歐式距離模式都由一個(gè)n根據(jù)已知模式樣本獲得各故障狀態(tài)特征點(diǎn)的聚類中心這些聚類中心對(duì)應(yīng)的特征向量作為標(biāo)準(zhǔn)模式模式與模式類之間距離可以用該模式點(diǎn)與模式類的聚類中心點(diǎn)樣本的聚類區(qū)域和距離的概第 模糊診斷的模糊性：由于事物的外延不清晰引起故障的模糊性：輕微不征兆的模糊性：振動(dòng)較二者關(guān)系的模糊性：如1x大，則可能存在故障與征兆之間的關(guān)系很難用精確的數(shù)學(xué)模型來描述，需要借助就是模糊診斷技術(shù)。模糊集合的產(chǎn) “fuzzysets”中模糊集合的基本思將二值邏輯擴(kuò)展到[0,1普通集圍之內(nèi)，我們稱之為論域，通常用U來表示。而A{x|P(x在經(jīng)典集合論中，一個(gè)元素x與集合A的關(guān)系只有屬和不屬于兩種情況。這種關(guān)系可用如下函數(shù)來表示0CA(x)=0

xA時(shí)xA這個(gè)函數(shù)稱為集合的特征函數(shù)隸屬情況。也稱為集合的隸屬函數(shù)，其值表示元素x隸屬于集合A的程事物的一種劃分。對(duì)于包含模糊概念的現(xiàn)象或事物我們無法用普通集合來處理，因?yàn)椴淮嬖谝粋€(gè)明確的劃分標(biāo)準(zhǔn)常用隸屬函常用的隸屬函數(shù) 種，可分為3大上升型x的增加下降型x的增加③中間對(duì)稱型：隨x的增加，先上4.3對(duì)于模糊集合，最基本問題是確定其隸屬函 4.3設(shè)振 限為80微米 值為110微米a=60微米，k=0.012(k較小，變化緩慢當(dāng)x≤60微米時(shí)，μ(x0，表示振動(dòng)很當(dāng)x70微米時(shí)，μ(x當(dāng)x80微米時(shí)，μ(x當(dāng)x100微米時(shí)，μ(x4.3模糊向定義A=(a1a2…an的分量滿足如下0≤ai≤1(i=12,…n)，則稱其為一個(gè)n

模糊向量之間的相似程度可以用模糊向量之間4.3模糊距A=(a1,a2,…,anB=(b1,b2,…,bn，為兩個(gè)模糊向量，則AB之間的模糊距離主要

d1(A,B)

1nnin

|aibi2歐氏距2

(A,B)

( b) inn模糊貼近度A=(a1,a2,…,anB=(b1,b2,…,bn，為兩個(gè)模糊向量，則AB之間的模糊貼近度主貼近

1(A,B)=1－d1(A,B(A,B)=1－d(A,B A、BUu1,u2u3u4u5u6上的兩個(gè)A=(0.6,0.8,1.0,0.8,0.6,0.4B=(0.4,0.6,0.3,1.0,0.8,0.6 距離和歐氏距4.3模糊關(guān)關(guān)系是一種常ab有大小次序關(guān)系，關(guān)系可以用集合 乘積：設(shè)U，V是兩個(gè)普通集，則U和V U×Vuv>|u∈Uv∈V。其中，<u,v>稱為序偶（有序?qū)Γ?。U×V是將U，V中的元素隨機(jī)搭配而成的一個(gè)4.3例：設(shè)集合U34}，V={469，U×V={<3,4>,<3,6>,<3,9>,<4,4><4,6>,<4,9>V×U={<4,3>,<4,4>,<6,3>,<6,4><9,3>,<9,4>其中，U×V4.3論域U×V的一個(gè)子集R稱為U×V上的一個(gè)二元關(guān)系而R中的元素<u,v>稱為R相關(guān)，記為：uRv U×V的一個(gè)子集關(guān)系R是一個(gè)普通集合，可以用如下隸R(u,v)

<u,v u,v4.3關(guān)系實(shí)例設(shè)集合U={2,34，V={46,9，定義U×V={<2,4>,<2wwwdn2,9>,<3,4>,<3,6><3,9>,<4,4>,<4,6>,<4,9>R={<2,4>,<2,6>,<3,6>,<3,9>,<4,4>4.3故障={不平衡，不對(duì)中，軸彎曲，…… 系表述

4.3論域U×V上的一個(gè)模糊關(guān)系R是的U×V的一個(gè)模集，它的隸屬函數(shù)用R(u,v)∈[0,1]表示R(u,v)的值表u,v對(duì)關(guān)系R 4.34.3第 基于模糊綜合評(píng)判的診斷4.4基于模糊綜合判的故障診斷方法，設(shè)有m種征兆，則征兆構(gòu)成的集合表示U={v1,v2,…,vm 征兆集為U={1x幅值2x幅值3x幅值，…}4.4基于模糊綜合判的故障診斷方法設(shè)有n種故障，則故障構(gòu)成的集合表示為：V={u1,u2,…,unV不平衡不對(duì)中轉(zhuǎn)子彎曲，徑4.4基于模糊綜合判的故障診斷方法模糊關(guān)系矩 wwwPLCworldcn4.4基于模糊綜合判的故障診斷方法模糊綜合評(píng)X=[x1,x2,…,xm其中，xi表示征兆在故障集U中，定義一個(gè)模yj表示故障uj存在的Y=[y1,y2,…,yn4.4基于模糊綜合判的故障診斷方法模糊綜合評(píng)程進(jìn)行綜合評(píng)判，求出其對(duì)應(yīng)的故障向量Y。這Y=wld[y1,y2,…,yn]=[x1,x2,…,xm]yj=max[min(x1,r1j)，min(x2,r2j)，…,min(xm,rmjyj對(duì)應(yīng)的故障作為綜合評(píng)判的結(jié)果。4.4基于模糊綜合判的故障診斷方法模糊診斷過（1）對(duì)待檢狀態(tài)的特征參數(shù)，測(cè)取特征向量（2）求解模糊關(guān)系方程YX?（3）根據(jù)最大隸屬原則，給出診斷結(jié)果4.4基于模糊綜合判的故障診斷方法模模糊關(guān)系矩陣特征向量矩陣經(jīng)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn))求解模Y=現(xiàn)場(chǎng)測(cè)診診斷結(jié)果模糊綜合評(píng)判4.4基于模糊綜合判的故障診斷方法某壓縮機(jī)常見故障有如下8種不平衡、不對(duì)中、聯(lián)軸節(jié)損壞、油膜振體渦動(dòng)、軸承座松動(dòng)、基 對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻譜特征有7種：<0.4f、(0.4-0.49)f、wwPLn若已知上述故障和振動(dòng)頻譜特征之間的模糊關(guān)系矩陣R（見表），當(dāng)前待檢狀X=(0.41,0.32,0.02,0,0,0,0.03試求出待檢狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的故障向量，并確定故障原待檢狀態(tài)的模糊特征向量X=(0.41,0.32,0.02,0,0,0,0.03基于模糊綜合判的故障診斷方法待檢狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的故障向量Y=(0.03,0.03,0.20,0.32,0.125,0.30,0.41,0.02根據(jù)最大隸屬原則確定故障原因?yàn)椋汗收?：軸承工程系統(tǒng)健康監(jiān)測(cè)與故障診第 故障樹分析法(FTA，F(xiàn)ault 一種有效的故障診斷wwwPLCworldcn．掌握故障樹的建立和表示方1第 5.12基本概 中 3基本概故障樹：用相應(yīng)的符號(hào)表示頂、中間和底，再用適當(dāng)?shù)倪壿嬮T將這些自上而下 4實(shí)例：內(nèi)燃發(fā)故障樹的表示兩類符號(hào) 符號(hào)和連 的邏輯門符67故障樹分析法的選定 ，作出故障樹邏輯圖作定量分析。根據(jù)底（各元件、部件）的故定量分析，判斷頂發(fā)生的概率。8故障樹分析法的 1974年，核研究采用FTA法分析了核目前FT9節(jié)，以便在設(shè)計(jì)中采取相應(yīng)的改進(jìn)措施；通過第 5.2障樹的建故障樹的建造過頂頂

故障樹建造故障樹的建造過 （1） （2）初始狀態(tài)：對(duì)于有多www種PLCworl工d

建造故障樹實(shí)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)過熱 ：電動(dòng)機(jī)過不容 ：由外來的影響使系統(tǒng)失必 ：開關(guān)閉故障樹結(jié)構(gòu)函對(duì)于由n個(gè)部件組成的系統(tǒng)，稱系統(tǒng)失效為故障 5.2故障樹的建造故障樹結(jié)構(gòu)函 T的狀態(tài)φ完全由底 的狀態(tài)xi(i＝1,2,3,…n)的取值所決定，即φ是xi的函數(shù)，稱為故(X)www(PLCxworldnx, 5.2

都發(fā)生(即全部x都取值1) T才發(fā)生。

發(fā)生時(shí)，則 發(fā)生5.2故障樹的化 之間呈簡(jiǎn)單wwPLCworldcn輯關(guān)系。5.25.2

5.25.2第 5.3障樹的定性分5.3定性分析目 割定義：如果某幾個(gè) 同時(shí)發(fā)生時(shí)，將引起 割集是 5.35.3最小割全部最小割集的完整集合則代表了給定系統(tǒng)的部故障

5.3求最小割集的5.3解：其對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)

第 5.4障樹的定量分評(píng)估 已知各 評(píng) 工程系統(tǒng)健康監(jiān)測(cè)與故障診第 斷專家系統(tǒng)已在航天、電力和等領(lǐng)域得到了本章了解診斷1第 6.1家系統(tǒng)概26.1什么是專家系定義ExpertSystem，簡(jiǎn)稱ES)是一基于知識(shí)的系統(tǒng)(Knowledge_basedSystem知識(shí)系(KnowledgeSystem36.1人類專家應(yīng)具備的兩個(gè)基本條專家系統(tǒng)的基本思wwwPLCworld領(lǐng)域?qū)＜业膶I(yè)知4模擬領(lǐng)域?qū)＜医鉀Q問題的方法進(jìn)行推46.1 解決實(shí)際問題時(shí)，往wwPLCworldcn潔、有效。例如：抽煙的人食指發(fā)黃 56.1知識(shí)工KnowledgeEngineering知識(shí)工程KnowledgeEngineer領(lǐng)域?qū)＜?Expert66.1領(lǐng)域知專家系專家系統(tǒng)76.1建立專家系統(tǒng)的目知識(shí)轉(zhuǎn)移的方式

傳統(tǒng)方式：通過教育實(shí)現(xiàn)，漫長(zhǎng)、費(fèi)力專家系統(tǒng)：只 一個(gè)文件即可實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)快速、準(zhǔn)確，不受外界8專家系統(tǒng)的基本結(jié)知識(shí)庫(Knowledge簡(jiǎn)稱專業(yè)推理機(jī)InferenceEngine人機(jī)接口Man-MachineInterface)9專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)程序的區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)wPLCworldc ＝程1知識(shí)的數(shù)據(jù)的表2作出決計(jì)算結(jié)34符號(hào)推數(shù)值計(jì)56能提供解7控制和知識(shí)分控制和知識(shí)混專家系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)1956年夏，在Dartmoath大學(xué)的學(xué)術(shù)討論會(huì)NewellSimonld

LogicTheorist)程序Samul研制了跳棋程序，它具有學(xué)習(xí)功能， 1960年，McCarthy研制了AI程序設(shè)計(jì)語言Lisp(ListProcessing)語言。專家系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)ProblemSolver）即是wwwPLCworldn典型的例子。1965年，F(xiàn)eigenbaum將解題策略與專門知識(shí)相結(jié)專家系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)wd地質(zhì)勘探專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)四、發(fā)展期（1978—今 在故障診斷領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,典型代表是西屋公(Westinghouse)研制的汽輪發(fā)電機(jī)組故障專家系統(tǒng)的分解釋型 如由質(zhì)譜函數(shù)解釋化wwPLCworldcn分子結(jié)構(gòu)的DENDRAL系這就要求系統(tǒng)必須能夠處理不完整的或有的專家系統(tǒng)的分預(yù)測(cè)型及軍事預(yù)測(cè)系統(tǒng)等。wwwPLCworldcn專家系統(tǒng)的分監(jiān)測(cè)型可用于核反應(yīng)堆、電wwwPLCworldcn 面。主要任務(wù)是實(shí)時(shí)各種數(shù)據(jù)，進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)異常立即。診斷型根據(jù)得到的事專家系統(tǒng)的分設(shè)計(jì)型

例如：DEC公司的計(jì)算機(jī)配置系統(tǒng)XCON（即還有規(guī)劃第 診斷知識(shí)的診斷知識(shí)的表和獲取什么是知識(shí)表示(Knowledge知識(shí)表示：是知識(shí)的符號(hào)化和形式化過程目的：通過知識(shí)的有效表示，使專家系統(tǒng)能夠利用這些知識(shí)進(jìn)行推理和作出決策。對(duì)于同一種知識(shí)，可以采用不同的知識(shí)表示方法，但解決問題的效率不同。診斷知識(shí)的表和獲取公共知識(shí)和私有知公共知識(shí)私有知識(shí)

診斷知識(shí)的表和獲取規(guī)則表示方規(guī)則表示又稱產(chǎn)生式表示，它是目前專家系統(tǒng)中最常用的一種知識(shí)表示方法。產(chǎn)生式規(guī)則（ProductionRule）：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)自然、易于表達(dá)人采用這種表示法的專家系統(tǒng)稱為基于規(guī)則的專家系統(tǒng)(Rul-basedExpertSystem)診斷知識(shí)的表和獲取產(chǎn)生式規(guī)則的IF<條件>THEN<結(jié)論

診斷知識(shí)的表和獲取診斷規(guī)則實(shí)例如，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中有如下規(guī)則如果:(1)徑向振動(dòng)時(shí)域波形嚴(yán)重削波，轉(zhuǎn)速不變時(shí)wwwldcn徑向振動(dòng)不穩(wěn)定，診斷知識(shí)的表和獲取對(duì)象-屬性表示形式O，A，wwwLCO(Object)：表示對(duì)象，它可以是物理實(shí)體或概AAttribute)：表示對(duì)象的屬性，即與對(duì)象相關(guān)的診斷知識(shí)的表和獲取對(duì)象-屬性-值表示實(shí) (轉(zhuǎn)子 在有些情況下，系統(tǒng)wwPLCworldcn的對(duì)象非常明確。這形式為(A,V) 軌跡形狀，香蕉形診斷知識(shí)的表和獲取知識(shí)獲 經(jīng)驗(yàn)知識(shí)從專家頭腦wwPLCworldcn取出來，存入計(jì)算機(jī)知識(shí)獲取的方診斷知識(shí)的表和獲取知識(shí)的間接獲取方第二步書本知領(lǐng)域?qū)?/p>

知工程

形式化

知編輯

診斷知識(shí)的表和獲取知識(shí)編輯 知識(shí) ：語法錯(cuò)誤、一致性、冗余性檢查診斷知識(shí)的表和獲取知識(shí)的直接獲取方或案例中自動(dòng)獲取診wwPLCworldcn識(shí)。數(shù) 形式化知案第 診斷推理與什么是推基于知識(shí)的推理：推理方式依賴于知識(shí)表示方基于規(guī)則的診斷推基于規(guī)則的推論的過程，它由兩個(gè)前提(和)和一個(gè)結(jié)論組成，其一般wwPLCworldcn為：

基于規(guī)則的診斷推理-實(shí)例如，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中有確性蘊(yùn)含題中，所以只要前題為真，結(jié)論也正向推正向推理(ForwardChaining)：是由已知征兆事 規(guī)則的匹簡(jiǎn)單匹配廣義匹配

如（X+Y>5），這時(shí)匹配就是先計(jì)算X+Y的值，然正向推理-實(shí)ABBCCHDErule5：ifEthen PCwrlcn6：if設(shè)已知事實(shí)A和D，進(jìn)行正向推理，推導(dǎo)出結(jié)論已已ABC結(jié)H正向推理的特優(yōu)點(diǎn)推理控制簡(jiǎn)缺點(diǎn) 反向推反向推理(BackwardChaining)：是由目標(biāo)到支持目標(biāo)的據(jù)的推理，因此又稱為基本思先假設(shè)一個(gè)目標(biāo)成立，然后在知識(shí)庫中查找結(jié)論標(biāo)匹配的規(guī)則，驗(yàn)證該規(guī)則的條件是否存在若該條件存在（與已知事實(shí)匹配），則假設(shè)成立否則，把規(guī)則的條件部分作為一個(gè)新的子目標(biāo)過程，直到所有子目標(biāo)重新提出假設(shè)目標(biāo)。反向推理-實(shí)rule1：ifAthen rule2：ifBthenCHrule4：ifDthenEFrule6：ifF&G采用反向推理得到結(jié)論H的推理過程如圖事事實(shí) A假B 假C假H反向推理的特 優(yōu)點(diǎn)因此，反向推理比較適合于解空間較小混合推采用反向推理，進(jìn)一步驗(yàn)證候選目標(biāo)集是否成立6.3基于模型的推知識(shí)的分淺知識(shí)：經(jīng)驗(yàn)知示，也稱為模型知識(shí)wwPLCworldcn淺知識(shí)推理存基于模型的推理—6.3實(shí)際實(shí)際物理系統(tǒng)仿真比較診斷推預(yù)測(cè)值或行觀測(cè)值或故故障結(jié)基于模型的診斷方法原第 不精確推6.4知識(shí)的不確定隨機(jī)隨機(jī)性是指由于的因果關(guān)系不明確，而產(chǎn)生隨機(jī)性所描述的wwwPLCworldcn含義是清楚的，可以明確地判定該在某一特定時(shí)刻發(fā)生了還是沒有發(fā)生，只是預(yù)先不能確定該是否發(fā)生。6.4知識(shí)的不確定例如“2X幅值較大”等征兆的描述就是模糊是指由于信息的不完全而導(dǎo)致的一種不不精確推理模確定性理1975年提出，并在MYCIN它是不精確推CF(Certww Factor)來度量知識(shí)的不確定性，因此也稱為CF模型不精確推理模Bayes方1976 ，并在PROSPECTOR中首次采用 正后形成的一種不精wwPLCworldcn理方法。采用概率值來描述知識(shí) 的不確定性理論基礎(chǔ)較強(qiáng)，但先驗(yàn)概率難以準(zhǔn)確地CF模據(jù)和結(jié)論之間關(guān)系的不確定性程 給 為真 不確定性的更 知識(shí)不確定性的描知識(shí)不確定性的描述是指前提（）和結(jié)論之真時(shí)，結(jié)論為真或?yàn)槌潭?。在CF模型中，產(chǎn)生 的形式如下ifEthenHwithCF(H,確定性因子CF(H，E)稱為規(guī)則強(qiáng)度，用來描述 知識(shí)不確定性的描上 保證了CF(H,E)的取值范圍為[- 知識(shí)不確定性的描如果軸振動(dòng)二倍頻幅值較大，且 那么存在不對(duì)中故障不確定性的描在CF模型中，的不確定性也是用可信度來描述的，且規(guī)定-1≤CF(E)≤1，CF(E)的幾個(gè)特殊當(dāng)E E肯定為假時(shí)，CF(E)=- E未知時(shí) 不確定性更新 CF模型中的不確定性更新算法是一組計(jì)算公規(guī)則的前提為

ifEthenHwithCF(H,E)CF(H)＝CF(H,E)×max{0,CF(E)} E為假，即CF(E)<0時(shí)max{0,CF(E)表明它對(duì)結(jié)論H沒有不確定性更新規(guī)則的前提為多 的邏輯組E=E1E2或E=E1E2。若已知由下 計(jì)算出組www合據(jù)E的可信度CF(E)=CF(E1E2)=MIN{CF(E1),CF(E2) CF(E)=CF(E1E2)=MAX{CF(E1),CF(E2) 再利 (1)，即可計(jì)算出結(jié)論H的可信不確定性更新HwithCF(H,HwithCF(H,先由(6.3)，計(jì)wwPLCworldcn由規(guī)則Rule1推出的結(jié)論H的可信度CF1(H)和由規(guī)則Rule2推出的結(jié)論H的在這兩條規(guī)則的綜合作用下，結(jié)論HCF12(H)可用下面（4）當(dāng)有多條規(guī)則具有相wwwPLCworld

H時(shí)，可以反復(fù)使(4)，依次計(jì)算出 6.4規(guī)則組合算法的性當(dāng)CF1(H)>0且CF2(H)>0若CF1(H),CF2(H),CF3(H)需要組合，則有：6.4計(jì)算實(shí)假設(shè)系統(tǒng)知識(shí)庫中有如下5H(0.5H(0.8H(-0.6R4if(E4(E7E8ww enE1(1.0R5if(E5E6)thenE3(0.8若已知初 的可信度＝0.9，CF(E5)＝-CF(E7)=0.8,CF(E8)=0.4。求在這5條規(guī)則的合作用下，結(jié)論H6.4計(jì)算實(shí)規(guī)則形成的推6.4計(jì)算實(shí)CF(E1)＝1.0×max{0,CF(E4(E7E8))＝max{0,min{CF(E4),max{CF(E7),CF(E8)}}＝max{0,min{0.9,max{0.8,0.4CF(E3)＝0.8×max{0,CF(E5E6)＝0.8×max{0,max{CF(E5),＝0.8×max{0,max{-0.4,6.4計(jì)算實(shí)CF1(H)＝0.5×max{0,CF(E1)＝0.5×max{0,0.8CF2(H)＝0.8×max{0,CF(E2)＝0.8×max{0,0.5CF3(H)＝－0.6×max{0,＝－0.6×max{0,0.56}＝－0.336＝0.4+0.4-CF123(H)＝CF12(H)+CF3(H)/(1-min{|CF12(H)|,|CF3(H)|＝(0.64-0.336)/(1-min{0.64,0.336}第 專家系統(tǒng)的6.5專家系統(tǒng)的開發(fā)步

6.5專家系統(tǒng)的開發(fā)步整理知建立一個(gè)文字和圖表www的ES，包括ES結(jié)構(gòu)、域知識(shí)及推理策通 ，獲取領(lǐng)域知識(shí)6.5專家系統(tǒng)的開發(fā)步建立模型選擇專家系統(tǒng)開發(fā)工www

將概念化階段轉(zhuǎn)并驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性；6.5專家系統(tǒng)的開發(fā)步測(cè)試階用系統(tǒng)6.5專家系統(tǒng)開發(fā)從系統(tǒng)提供的功能角wwwPLCworlcn通用程序知識(shí)工程

可分為三通用程序設(shè)計(jì)LISPLISP（LIStProcessinglanguage）是一種表處它是第一個(gè)解釋執(zhí) -機(jī)交互語言，主要用LISP有很多版本，如：MacLISP、INTER可以在微機(jī)、LISP簡(jiǎn)單易學(xué)，但可讀性差、執(zhí)行速度慢通用程序設(shè)計(jì)PROLOG語PROLOG（PROgramminginLOGic)是一種邏 宣布以PROLOG作為第五代計(jì)算 通用程序設(shè)計(jì)(2)PROLOG語PROLOG是一種典型的描述性語言，程序結(jié)構(gòu)引起的

LISP很 人歡迎，而PROLOG多用于歐洲如：Inference公司把著名的以LISP為基礎(chǔ)ART改變?yōu)榛贑的ART-IM骨架系常用的骨架系統(tǒng)EMYCIN來自醫(yī)療診斷KAS—來自探礦系統(tǒng)EXPERT—來自青光眼診斷系統(tǒng)CASNET骨架系統(tǒng)的特點(diǎn)知識(shí)工程語ART（AutomaticReasoning ART有LISP和Cwww等多種機(jī)

運(yùn)行于大型知識(shí)工程語CLIPS（CLanguageIntegratedProduction 以下特點(diǎn)適用于各種機(jī)型現(xiàn)，如PC工作站、CRAY機(jī)等用C語言實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行速度快易于和已有軟件集成，同ADA語言等有接工程系統(tǒng)健康監(jiān)測(cè)與故障診 7.3BPwwwPLCworld

7.4ANN17.1ANN與AI研究方法宏觀功能模擬：物理符號(hào)系微觀結(jié)構(gòu)模擬：人工神經(jīng)網(wǎng)

理論研究：ANN模型及學(xué)實(shí)現(xiàn)技術(shù)：硬件實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用研究：模式識(shí)別、27.1人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（AtifiialNualNtwoks，簡(jiǎn)稱）是在神經(jīng)生理學(xué)研究的基礎(chǔ)上，模仿人腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)特性而建立的一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它由大量處理單元高度互聯(lián)而成，具有對(duì)人腦某些基本特性的簡(jiǎn)單模擬能力。ANN是一種模仿人腦結(jié)構(gòu)wwwP及LCworl其d 功的信息處理系簡(jiǎn)單地講，它是一個(gè)數(shù)學(xué)模型，可以用也可以用計(jì)算機(jī)程序來模擬別名：并行分布處理系統(tǒng)(PDP)、人工神經(jīng)系統(tǒng)(ANS)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NN)、神經(jīng)計(jì)算機(jī) 37.1腦組織的基本單元是神經(jīng)細(xì)胞，也稱人腦由約1011個(gè)神經(jīng)元組成，神經(jīng)元互47.1神經(jīng)元主要由細(xì)胞體和許多向周圍延伸的樹枝狀纖維（突、軸突）組成細(xì)胞體(CellBody)：由細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)與生物神經(jīng)57.1軸突(Axon)：由細(xì)胞體伸出的最長(zhǎng)的一條神經(jīng)纖維，相當(dāng)于神經(jīng)元的輸出電纜，其端部的神經(jīng)末稍為信號(hào)的輸出端，用于傳遞和輸出信息。生物神經(jīng)67.1(Dendrite)維，相當(dāng)于神經(jīng)元的輸入端，接受來自其他神經(jīng)元的輸入信息。生物神經(jīng)77.1突觸(Synapse)：一個(gè)神經(jīng)元的軸突末梢與另一樹突相接觸的部位,相當(dāng)于神經(jīng)元之間的輸入輸出接突觸的結(jié)構(gòu)可分突觸前觸間隙和突觸PLCworld突觸前：通常是神經(jīng)元的PLCworld突末稍，呈球突觸后：是另一神經(jīng)元胞體或樹突等受體表面87.1神經(jīng)元接受和傳遞信息都是通過突觸實(shí)約有103個(gè)突觸，神經(jīng)元之間以突觸聯(lián)接形突觸有兩種類型，即興可塑性：突觸傳遞信息神經(jīng)元傳遞信息的過程為多輸入、單輸當(dāng)神經(jīng)元所有輸入的總效應(yīng)達(dá)到閾值電一個(gè)輸出，從細(xì)胞體經(jīng)97.1生物神經(jīng)系統(tǒng)的基本特神經(jīng)元及其聯(lián)神經(jīng)元之間的聯(lián)接強(qiáng)度決定信號(hào)傳遞的神經(jīng)元之間的神經(jīng)元接受信號(hào)的累積決定該神經(jīng)元的每個(gè)神經(jīng)元可以有一個(gè)“閾值”7.11943年 心理學(xué)家McCulloch和數(shù)學(xué)家Pitts最早提了描述神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型，稱為M-P該模型采用閾值函數(shù)，使神經(jīng)元的輸出為1或0 x

yyf(s)nwx wixin7.1模擬生物神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能的簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)模型sXWsXWn多輸入：X=(x1，x2，…，xn單輸聯(lián)接強(qiáng)度：權(quán)值正負(fù)：突觸的興奮與大?。和挥|的連接強(qiáng)wwwPLCworld信號(hào)累積神經(jīng)元閾值(偏置)：當(dāng)神經(jīng)元的網(wǎng)絡(luò)輸入s>b激發(fā)狀態(tài)，應(yīng)給出適當(dāng)?shù)妮敵?nbx0=-1的權(quán)值；sbxinyf(xiwii

i0f：激活函數(shù)，它是一個(gè)變換函數(shù)，將神經(jīng)元的網(wǎng)絡(luò)變換到指定的有限范圍f是神經(jīng)元 ，影響神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決問題的能力激活函數(shù)（Activation線性f(x)=yy0x激活函數(shù)（Activation階躍也稱為閾值作用：用于判定網(wǎng)絡(luò)輸入是否超過閾值y0x0ifxfy0x0ifx激活函數(shù)（ActivationSigmoid函它是非線性函數(shù)，且處對(duì)信號(hào)有很好的增益控 應(yīng)用1f(x) 1ex

神經(jīng)元的模型確定之后，一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)要取決于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)根據(jù)神經(jīng)元連接方式的不同，分為如下前饋網(wǎng)絡(luò)：應(yīng)用反饋網(wǎng)用結(jié)點(diǎn)：代表神 神經(jīng)元分層排列，構(gòu)成輸入層、隱層和每一層神經(jīng)元只接受前一層神經(jīng)元的輸ANN最有價(jià)值的特點(diǎn)是它學(xué)習(xí)過程：將訓(xùn)練樣本輸入ANN,按規(guī)定的算法調(diào)整神經(jīng)之間的連接權(quán)值，使網(wǎng)絡(luò)將樣本集中包含的知 在接權(quán)矩陣中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)接受輸入時(shí)，能給學(xué)習(xí)方法分有導(dǎo)師學(xué)習(xí)：按期望輸出與實(shí)際輸出的誤差調(diào)整權(quán)值無導(dǎo)師學(xué)習(xí)：抽取訓(xùn)練 7.3BPwwwPLCworld

7.4ANN感知1958年 心理學(xué)家Rosenblatt提出了一種具有單計(jì)算單元的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，稱為感知器( )感知器的結(jié)構(gòu)和功能非常簡(jiǎn)單，實(shí)用性的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，是研究其他網(wǎng)絡(luò)的基激活函數(shù)：采感知器實(shí)際上是在M-P模型的基礎(chǔ)上加上權(quán)值可以調(diào)感知器是一個(gè)單層前饋網(wǎng)絡(luò)1962年，Rosenblatt宣布：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以學(xué)會(huì)示的任何東感知器的功分類器功能：將輸入樣分類原理：將分類知 向量（含閾值）中，由向量確定的分類界面，將輸入樣本分為例如：對(duì)于二維輸入向量X=(x1,x2，輸入樣本即為維平面上的一個(gè)點(diǎn)，直w1x1w2x2b=0將平面分為個(gè)區(qū)域。分界直線的位置由權(quán)向量和閾w1x1+w2x2–b>

w1x1+w2x2–b=w1x1+w2x2–b<感知器的學(xué)習(xí)是有導(dǎo)師基本思想：逐步地將樣本集中的樣本輸入到網(wǎng)絡(luò)中,根據(jù)出結(jié)果和理想輸出之間的差別來調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中的權(quán)向量：W=(w1，w2，…，wn輸入向量：X=(x1，x2，…，xn訓(xùn)練樣本{(X，Y)|Y為輸入向量X對(duì)應(yīng)的輸出初始化權(quán)向量重復(fù)下列過程，直到訓(xùn)對(duì)每個(gè)樣本（X，Y），重oFXW)wPLCworld如果輸出不正當(dāng)o=0WW當(dāng)o=1WW-感知器僅能對(duì)線性可分問題具有分類能線性可分：如果輸入樣兩類，則稱輸入樣本是1969年，Minsky證明有許多基本問題是感知器無的，如：異或解決方法學(xué)習(xí)算 7.3BPwwwPLCworld

7.4ANNBPBP經(jīng)元的誤差是一個(gè)需要解決的問題。 的學(xué)習(xí)算法-誤差反向傳wwwPLCworldcn法(BackPropagation,簡(jiǎn)稱BP算法)清楚而簡(jiǎn)單的描述。使用BP算法進(jìn)行學(xué)習(xí)的多級(jí)前饋網(wǎng)絡(luò)稱為BP網(wǎng)絡(luò)P的推廣應(yīng)用發(fā)揮了重要作用；BPBP算法的基本思BP包括信號(hào)的正 和誤差反 兩個(gè)過程BP算法利用輸出層的誤差來估計(jì)輸出層的差，再用這個(gè)誤差估計(jì)得了所有其他各層的誤wwwPLCworld

。這樣就形成了現(xiàn)出的誤差沿著與輸人信號(hào)傳送相反的方向逐輸入端傳遞的根據(jù)各層節(jié)點(diǎn)的誤差估計(jì)即可調(diào)整各節(jié)BPBPBP網(wǎng)絡(luò)是多級(jí)前饋網(wǎng)絡(luò)，一般都選用二級(jí)層、隱層和輸BP f(jmyjk1,2,