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基于人工免疫系统的异常状态监测及故障诊断研究

作　者: 刘颖慧
导　师: 刘树林
学　校: 上海大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 异常监测故障诊断人工免疫系统反面选择算法超环检测器
分类号: TP274
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
下　载: 15次
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内容摘要

复杂装备系统状态监测及故障诊断存在故障先验知识缺乏、状态监测依赖于参数阈值的设定以及监测与诊断分离等问题。根据生物免疫系统智能机理发展起来的人工免疫系统为解决上述问题提供了新思路。本论文围绕人工免疫系统反面选择算法中的核心问题——检测器生成过程中存在“孔洞”和冗余的情况，提出了超环检测器及广义超环检测器等概念，研究了建立在超环检测器及广义超环检测器基础上的设备异常监测方法。提出了基于抗原-抗体免疫识别机理的模式识别方法，继而建立了异常状态监测与故障诊断一体化的快速反应机制。针对人工免疫系统反面选择算法所存在的主要问题，提出了超环检测器新概念，解决了设备异常状态监测过程中设备异常等级及异常度的描述问题，为设备异常度监测提供了一种新方法。针对所提出的超环检测器，分析了超环检测器产生的策略，提出了基于aiNet免疫网络的约简记忆中心超环检测器构造方法，有效解决了传统检测器“孔洞”与冗余的突出矛盾，提高了异常监测速度和效率，同时实现了设备异常等级监测，通过标准数据和轴承监测实例，验证了方法的可行性及有效性。依据超环检测器概念及支持向量数据描述方法，提出了进一步提高设备异常度监测效率的广义超环检测器概念，提出了广义超环检测器构造方法及异常度监测方法，研究成果经过了标准数据及轴承故障数据检验。针对复杂设备状态监测与故障诊断分离的问题，根据所构建的广义超环检测器将非己空间划分成具有不同异常等级的异常子空间，为了将异常子空间与故障子空间产生联系，实现状态监测与故障诊断一体化，提出了抗原-抗体免疫识别机理模式识别方法，通过UCI国际标准数据库中的Iris鸢尾花数据与Wine数据验证了模式识别方法的有效性，准确的模式识别方法为监测与诊断的快速联系提供了保障。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-12
第1章绪论  12-30
  1.1 课题来源  12
  1.2 课题研究背景及意义  12-14
  1.3 设备状态监测与故障诊断技术的研究现状  14-22
  1.4 人工免疫系统主要机理及故障诊断应用研究现状  22-28
    1.4.1 克隆选择算法及故障诊断应用  22-24
    1.4.2 免疫网络及故障诊断应用  24-26
    1.4.3 反面选择算法及故障诊断应用  26-28
  1.5 论文章节安排  28-30
第2章超环检测器概念及其描述  30-46
  2.1 人工免疫系统反面选择算法  30-32
    2.1.1 生物免疫系统反面选择机理  30-31
    2.1.2 人工免疫系统反面选择算法  31-32
  2.2 现有反面选择算法检测器类型及存在问题  32-39
    2.2.1 检测器类型  32-39
    2.2.2 存在的问题  39
  2.3 超环检测器研究  39-45
    2.3.1 设备状态空间划分  39-41
    2.3.2 超环检测器概念及描述方法  41-44
    2.3.3 超环检测器构建存在问题及解决方案  44-45
  2.4 本章小结  45-46
第3章基于约简记忆样本超环检测器的设备异常监测研究  46-66
  3.1 自己样本约简记忆中心超环检测器构建策略  46-52
    3.1.1 自己空间约简记忆中心确定方法  48-51
    3.1.2 基于 aiNet 约简记忆中心的超环检测器构建算法  51-52
  3.2 约简记忆中心超环检测器异常监测应用研究  52-64
    3.2.1 Iris 数据仿真研究  52-62
    3.2.2 滚动轴承试验研究  62-64
  3.3 本章小结  64-66
第4章基于 SVDD 的广义超环检测器生成及设备异常监测研究  66-79
  4.1 广义超环检测器概念  66-72
    4.1.1 支持向量数据描述(SVDD)算法概述  67-69
    4.1.2 支持向量数据描述(SVDD)方法产生广义超环检测器基本构思  69-70
    4.1.3 设备异常程度的多分辨率特性  70-72
  4.2 设备异常监测过程  72-73
  4.3 标准数据集的仿真试验及实例分析  73-77
    4.3.1 Iris 数据仿真试验研究  73-75
    4.3.2 滚动轴承故障数据试验研究  75-77
  4.4 本章小结  77-79
第5章广义超环检测器与抗原-抗体免疫识别方法联合故障诊断研究  79-94
  5.1 抗体识别抗原的免疫学机理  79-82
  5.2 基于抗原-抗体免疫识别机理的模式识别方法  82-89
    5.2.1 抗原-抗体免疫识别机理模式识别方法描述  82-84
    5.2.2 抗原-抗体结合机理模式识别方法效果验证  84-89
  5.3 广义超环检测器与故障空间的快速反应研究  89-92
    5.3.1 设备自己空间、异常子空间以及故障子空间的划分  89-91
    5.3.2 超环检测器与故障空间快速通信步骤  91
    5.3.3 超环检测器与故障空间一体化故障诊断方法  91-92
  5.4 本章小结  92-94
第6章结论与展望  94-96
  6.1 结论  94-95
  6.2 展望  95-96
参考文献  96-109
作者在攻读博士学位期间公开发表的论文  109-110
作者在攻读博士学位期间所作的项目  110-111
致谢  111-112

基于人工免疫系统的异常状态监测及故障诊断研究

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