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基于GrC&SDG的实时故障预测诊断专家系统的设计

作　者: 赵旭东
导　师: 谢刚
学　校: 太原理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 故障诊断 故障预测 粒计算 符号有向图 专家系统 仿真
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


基于符号有向图(Signed Directed Graph, SDG)的故障诊断方法是定性故障诊断领域的一个重要研究分支。研究表明基于SDG模型的定性故障诊断方法优点有：1)诊断结论的完备性好,SDG模型能包含系统的所有信息,能够推出一切可能的故障情况。2)能用于安全评价及操作指导,能给出故障传播路径,提供故障演变的解释。因而基于SDG模型的故障诊断很有研究前景。但它也有一些缺点：1)复杂系统SDG建模过程繁琐,所建模型复杂。2)现有的SDG推理采用图推理算法进行,推理速度慢；可能推出多个故障解,分辨率较低。粒计算(Granular Computing, GrC)是一种很有研究价值的智能信息处理方法,它模拟人类思考和解决问题时的粒化和分层理念来解决现实中的复杂问题,已成为海量数据挖掘、智能信息处理的有效工具。粒计算可以解决故障诊断专家系统中知识的获取、表达与推理等问题。本文结合SDG和粒计算的优点,提出一种基于GrC&SDG的实时故障预测诊断方法。该方法用粒知识约简算法对SDG安全评价所获全节点决策表进行约简,得出核心节点决策表,再用粒相似度计算对实时采集的样本粒与决策表所建粒库中的粒进行比较判断该案例故障是否可能发生。与单纯的SDG诊断方法相比,该方法一定程度上提高了诊断的分辨率,降低了推理算法的复杂度。在该方法的基础上提出了基于GrC&SDG的实时故障预测诊断系统的实际和仿真构架,并开发了基于组态软件的实时故障预测诊断仿真试验系统,最后经离心泵液位系统案例应用表明该方法及系统的有效性和实用性。本文主要内容分为三大部分,具体内容如下：一、在深入研究SDG、GrC理论的基础上,结合它们各自的优点,提出了基于GrC&SDG的实时故障预测诊断方法。该方法应用SDG的安全评价模式来对系统进行案例故障规则的获取,保证了所获规则的完备性,形成全节点决策表。然后用GrC中的粒知识约简算法对全节点决策表进行约简,得出系统的核心节点决策表。然后对两个决策表建立粒库,再通过把现场实时采集的节点样本粒与粒库中的粒进行粒相似度计算,得出各案例故障可能发生的程度,然后对各可能程度进行排序,得出最有可能发生的案例故障。在进行相似度计算时,采用两级计算的方法,先与核心节点粒库进行比较,当其相似程度达到某一给定值时,再与全节点粒库进行比较,从而节约系统推理计算开销,并保证推理结果的准确性。当与全节点粒库比较,其相似度也达到某一给定值时,就认为该故障极有可能发生。二、在提出上述方法的基础上,结合专家系统和工业控制的组态、仿真等相关技术,提出了基于GrC&SDG的实时故障预测诊断系统的框架,并在组态软件KingView和KingAct上组建了其仿真系统。三、在所建仿真系统上进行离心泵液位系统的实例故障仿真实验,结果表明所提方法和所建系统的实用性和有效性。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-15
第一章 绪论  15-25
  1.1 课题研究目的和意义  15
  1.2 国内外研究现状  15-21
    1.2.1 故障诊断技术研究概况  15-18
    1.2.2 专家系统研究概况  18-19
    1.2.3 SDG研究概况  19-20
    1.2.4 GrC研究概况  20-21
  1.3 论文主要内容及结构安排  21-25
    1.3.1 论文主要研究内容  21-22
    1.3.2 论文创新点  22
    1.3.3 论文结构安排  22-25
第二章 本研究相关理论概述  25-39
  2.1 专家系统概述  25-28
    2.1.1 ES基本概念  25-27
    2.1.2 知识库的设计  27-28
    2.1.3 推理及诊断机制  28
  2.2 符号有向图理论概述  28-32
    2.2.1 SDG基本概念  28-30
    2.2.2 SDG模型的建立  30
    2.2.3 SDG模型的推理  30-31
    2.2.4 SDG模型的简化  31-32
  2.3 粒计算理论概述  32-37
    2.3.1 GrC基本概念  32-33
    2.3.2 GrC相关理论  33-37
  2.4 本章小结  37-39
第三章 基于GRC&SDG的实时故障预测诊断方法  39-45
  3.1 数据预处理  39
  3.2 粒知识约减算法  39-41
  3.3 粒相似度推理算法  41-42
  3.4 基于粒计算的实时故障预测诊断方法  42-43
  3.5 本章小结  43-45
第四章 基于GRC&SDG实时故障预测诊断专家系统的设计  45-63
  4.1 系统总体结构  45-46
  4.2 系统知识获取机制  46-52
    4.2.1 基于SDG的知识获取  47-50
    4.2.2 基于GrC的知识获取  50-52
  4.3 系统推理匹配机制  52-54
    4.3.1 基于粒相似度的案例故障推理匹配  52-53
    4.3.2 基于粒相似度推理的一些说明  53-54
  4.4 系统各模块的设计  54-62
    4.4.1 数据获取模块  54
    4.4.2 知识管理模块  54-56
    4.4.3 用户管理模块  56-57
    4.4.4 人机界面  57-62
  4.5 本章小结  62-63
第五章 系统测试及结果分析  63-75
  5.1 离心泵液位系统介绍  63
  5.2 离心泵液位仿真系统的建立  63-65
  5.3 仿真过程及结果分析  65-73
  5.4 本章小结  73-75
第六章 总结与展望  75-77
  6.1 论文总结  75
  6.2 研究展望  75-77
参考文献  77-83
致谢  83-85
攻读硕士学位期间发表的学术论文  85-87
攻读硕士学位期间参加的科研项目  87

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 监视、报警、故障诊断系统
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