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智能故障诊断技术在遥测装备中的应用研究

作　者: 李中伟
导　师: 李芃
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 遥测装备智能故障诊断虚拟仪器故障树专家系统神经网络
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 42次
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内容摘要

随着遥测装备不断向高性能、高集成、高自动化的方向发展，其出现的故障更加复杂且种类繁多。此外，遥测装备的故障原因和现象间存在多对多的非线性映射关系，所以现在遥测装备的故障复杂且更加难以诊断。以往的诊断手段无法保证诊断要求。因此，需要研究并建立一套遥测装备智能故障诊断系统。本文以遥测装备综合保障为背景，以实用、便捷为目标，以故障树、专家系统、神经网络和虚拟仪器测试诊断技术为基础，构建了基于PXI总线的遥测装备智能故障检测诊断平台。论文首先在分析遥测装备结构原理及故障特性的基础上，研究了智能故障诊断方法，对遥测装备的故障模式及测试点的配置原则进行了研究，分析了功能原理，设计了基于虚拟仪器的遥测装备智能故障诊断系统总体构成。其次，对基于故障字典和故障树法的专家系统诊断进行了研究。设计了诊断系统的故障字典，建立了故障树模型，详细阐述了基于规则的诊断专家系统的基本原理，各个部分的组成和功能。采用了将故障树分析法与基于规则的诊断专家系统相结合的方法，通过故障树技术来获取专家系统所需的知识。构建了遥测装备下变频器故障树模型，设计了智能故障诊断专家系统功能模块构成，以遥测下变频器为例进行了故障推理。再次，对基于BP神经网络的智能故障诊断方法和技术进行了研究。针对故障征兆一原因非线性复杂映射关系和自主学习能力，本文引入神经网络方法，详细阐述了BP神经网络的原理及其结构，研究了BP神经网络的结构模型和学习训练的过程并将其到遥测装备的故障诊断中。基于神经网络方法建立了遥测装备故障诊断的神经网络模型，以遥测下变频器故障为例进行了仿真研究，建立了遥测下变频器故障现象和故障原因的样本数据，利用MATLAB编写的神经网络程序对样本数据进行训练，得到了训练的仿真数据及误差曲线，并通过测试样本数据验证了神经网络故障诊断的正确性。最后，研究了基于虚拟仪器的遥测装备故障诊断系统的硬件构成及软件设计。基于PXI系统，选取与遥测装备测试对应的虚拟仪器模块实现系统硬件架构。利用LabVIEW和SQL server设计了智能故障诊断系统的信息数据库。对系统的软件构成模块分别进行了研究和设计，编写了相应的故障诊断系统软件程序，以故障实例的诊断运行来验证系统运行的正确性、可靠性和有效性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 研究的目的与意义  10-11
    1.1.1 研究的目的  10
    1.1.2 研究的意义  10-11
  1.2 遥测装备故障诊断的现状及趋势  11-14
    1.2.1 故障诊断模式的现状  11-12
    1.2.2 遥测装备故障诊断的现状  12-13
    1.2.3 智能故障诊断的趋势  13-14
  1.3 论文研究的主要任务及内容  14-16
第2章遥测装备故障特性分析及智能故障诊断系统的结构原理  16-24
  2.1 遥测装备的构成及功能  16-17
  2.2 遥测装备故障特性分析及测试点研究  17-19
    2.2.1 遥测装备故障特性分析  17-18
    2.2.2 遥测装备故障测试点研究  18-19
  2.3 遥测装备故障模式的提取和表示  19
  2.4 遥测装备智能故障诊断系统的结构  19-22
    2.4.1 遥测装备智能故障诊断系统的硬件构成  19-21
    2.4.2 故障诊断系统的软件构成及功能  21-22
      2.4.2.1 故障诊断系统的软件构成  21-22
      2.4.2.2 诊断系统软件的主要功能  22
  2.5 遥测装备故障诊断系统工作原理  22-23
  2.6 本章小结  23-24
第3章基于故障树的遥测装备故障诊断专家系统研究  24-34
  3.1 基于故障字典法的诊断  24-25
    3.1.1 故障字典法概述  24
    3.1.2 故障字典法基本原理  24-25
    3.1.3 遥测装备故障字典法诊断  25
  3.2 基于故障树的故障诊断研究  25-28
    3.2.1 故障树的分析与设计  26-27
    3.2.2 故障树的建立  27-28
  3.3 故障诊断专家系统研究  28-31
    3.3.1 故障诊断专家系统基本原理  28
    3.3.2 故障诊断专家系统结构  28-30
    3.3.3 故障树与专家系统的结合  30-31
  3.4 基于故障树的遥测装备故障诊断专家系统设计研究  31-33
    3.4.1 遥测装备下变频器故障树模型的设计  31-32
    3.4.2 基于故障树的遥测装备故障诊断专家系统设计  32-33
    3.4.3 基于故障树的专家系统故障诊断推理  33
  3.5 本章小结  33-34
第4章基于神经网络的遥测装备智能故障诊断研究  34-46
  4.1 神经网络基本原理  34-37
    4.1.1 神经网络理论概述  34-35
    4.1.2 神经网络模型  35-36
    4.1.3 神经网络传递函数  36
    4.1.4 神经网络的类型  36-37
  4.2 BP 神经网络  37-41
    4.2.1 BP 神经网络结构  38-39
    4.2.2 BP 神经网络学习过程  39-41
  4.3 基于 BP 神经网络的遥测装备故障诊断仿真研究  41-45
    4.3.1 遥测装备神经网络故障诊断模型  41
    4.3.2 神经网络故障诊断模型结构参数设计  41-42
    4.3.3 遥测装备神经网络故障诊断设计仿真  42-45
  4.4 本章小结  45-46
第5章遥测装备智能故障诊断系统设计实现及实验分析  46-64
  5.1 诊断系统硬件设计实现  46-47
  5.2 诊断系统软件设计实现及运行验证  47-63
    5.2.1 LabVIEW 与 MATLAB 的混合编程  47-49
    5.2.2 系统运行环境  49
    5.2.3 遥测装备信息数据库软件设计  49-51
    5.2.4 遥测装备智能故障诊断系统软件设计实现及运行验证  51-63
      5.2.4.1 系统管理模块  52-53
      5.2.4.2 信息数据库管理模块  53-55
      5.2.4.3 数据采集及仪器测试模块  55-58
      5.2.4.4 故障诊断模块  58-62
      5.2.4.5 数据处理模块  62-63
  5.3 本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-69
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  69-70
致谢  70

智能故障诊断技术在遥测装备中的应用研究

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