故障检测与诊断方法综述_精品文档资料下载.pdf
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80年代初，清华大学等部分高校和科研单位首先开展了诊断技术的理论研究和实际应用。
化工、石化行业也投入了大量资金对重点设备进行监测，特别加强了对压缩机等大型旋转机械的振动监测和压力容器AV0I5N02丽丁一等设备的安全性能检验，并开发了相关设备在线监测和故障诊断系统，如哈尔滨工业大学的MMMD-III在线故障检测与诊断系统。
目前，故障检测与诊断方法主要可以分为基于信号处理的方法、基于解析模型的方法和基于知识的方法，下面分别加以介绍。
李尔国俞金寿本讲座撰写人李尔国先生，华东理工大学自动化研究昕硕十研究生；
俞金寿先生，教授、博士生导师。
二基于信号处理的方法OverviewofFaullDetectionandDiagnosisTechniquesMrLIErguo，MasterDegreeCandidate；
Mr。
YUJinshouProfessor,DoctoralSupervisor,InstituteofAutomation，EastChinaUniversityofScienceTechnologyThisarticleexaminesthecurrentstatusoffaultdetectionanddiagnosistechniquesthataleclassifiedTheauthorsalSOdiSCUSStheirexistingproblemanddevelopmenttrends。
当可以得到被控过程的输入输出信号，但很难建立被控对象的解析数学模型时，可采用基于信号处理的方法。
基于信号处理的方法是一种传统的故障诊断技术，通常利用信号模型，如相关函数、频谱、自回归滑动平均等，直接分析可测信号，提取方差、均值、幅值、相位、峭度、散度、频谱等特征值，从而识别和评价机械设备所处的状态，如统计推理近似诊断法、谱峰自动识别法、最大熵谱估计法。
近年来，出现了一些新的基于信号处理的故障诊断方法。
Kumamu等提出了利用Kullback信息准则检测具有未建模动态特性的动态系统故障的方法，在KDI（KullbackInformationCriterion）中引入一个新指标评价未建模动态特性，并设计合适的决策方案，从而实现鲁棒故障检测与诊断。
还有人提出一种适用于突变及缓变故障的检测，该方法是不需要系统的准确数学模型和先验知识的基于自适应滑动窗格形滤波器的故障诊断方法，其实现方法是利用自适应格形滤波器生成残差序列，通过构造合适的检验统计量，对残差序列进行假设检验，从而实现系统故障在线检测。
基于信号模态估计的故障诊断方法直接根据系统物理参数的物理变化诊断故障，该方法不仅可以分离故障，而且还可以估计出系统的物理参数的变化量，但它的计算量却较大。
这里值得一提的是基于小波变换的故障诊断方法。
利用小波变换可以进行信号的随机去噪，即小波变换可以作为一种信号预处理方法用于故障特征信号的提取和信号去噪。
适当地选取小波尺度，在这些尺度的小波基上对信号进行重构，去掉维普资讯http:
/故障检测与诊断方法综述高频、工频噪声频段内的小波尺度，可以保证重构的信号只包含系统运行信息及故障信息。
由于基于小波变换的故障诊断方法无需对象的数学模型，对输入信号的要求较低，计算量较小，可以进行在线实时故障检测，同时灵敏度高，抗干扰能力强，能够克服前面几种诊断方法的缺点，因此是一种很有发展潜力的故障诊断方法。
三基于解析模型的方法传统的故障诊断方法，如前面的基于信号处理的方法，通过观察一些重要特征变量如振动频率、控制温度的变化情况来确定系统是否出现故障。
由于实际的工业过程是一个动态系统，当系统的各个变量变化幅度较大时，单纯由这些变量来直接判断故障是很难的，并且由于系统中存在控制回路，使得系统中不太严重的故障就会由于反馈的存在而被掩盖，因此，传统的故障诊断方法不能满足越来越复杂的工业实际的需要。
而基于解析模型的方法应用在线系统辨识技术来实时地为系统建立数学模型，当系统中存在故障时，系统的输入输出关系就会改变，这些变化就会反映在数学模型中，因而通过观测系统数学模型的参数变化，便能判定系统是否存在故障。
基于解析模型的故障诊断方法能够深入研究系统本质的动态性质并进行实时诊断，该方法可以分为状态估计方法、等价空间方法和参数估计方法。
研究证明，等价空间法和状态空间法以及参数估计法不是相互独立的，而是存在一定的关系。
状态估计法的基本思想是利用观测器滤波器对系统的状态进行估计并构成残差序列，然后采取一定的措施增强残差序列中所包含的故障信息，抑制模型误差等非故障信息，通过对残差序列的统计检验把故障从中检测出来。
由于实际中很难获得系统的精确数学模型，所以现阶段对于状态估计方法的研究主要集中于提高检测系统对于建模误差、扰动、噪声等未知输入的鲁棒性及系统对早期故障的灵敏度。
有文献提出了一种将残差产生器与残差评价及阈值选取结合在一起进行集成设计的方法，该方法可以有效地提高系统的灵敏度，同时降低漏报率。
目前，对于非线性系统的研究成果还较少，而且主要集中在对特定的非线性系统，采取相应方法，如基于非线性观测器的方法和基于非线性参数估计的方法。
等价空间法利用系统的输入输出的实际测量值来检验系统数学模型的等价性，从而实现故障诊断。
基于这种思想，一些文献分别提出了基于约束优化的等价方程法、构造广义残差产生器方法、动态等价方程产生方向性残差方法和基于近似扰动解耦的等价空间方法。
参数估计法则根据模型参数及相应的物理参数的变化量序列的统计特性来进行故障检测、分离及估计。
参数估计法更易于故障的定位与故障幅值的估计。
有文献提出了一种强跟踪滤波器方法，可以有效地应用于一类非线性系统的在线故障诊断。
由于参数估计法要求找出模型参数和物理参数之间的对应关系，因此常常将参数估计法和状态估计法以及等价空间法分别结合起来使用。
四基于知识的诊断方法基于系统模型的故障诊断方法要求得到较为精确的系统模型，但在实际工程中往往难以建立系统的模型或模型不精确，这就限制了这种故障诊断方法在实际中的使用范围。
基于知识的方法不需要对象的精确数学模型，近年来得到了迅速发展。
基于知识的诊断方法常见的有专家系统法、模糊诊断法、人工神经网络法以及基于诊断对象的模型知识的诊断方法，如基于知识观测器的诊断方法。
1专家系统方法专家系统是指利用研究领域专家的专业知识进行推理去解决专业的高难度的实际问题的智能系统。
故障诊断专家系统作为专家系统中的一个分支，是人们根据长期的实践经验和大量的故障信息知识，设计出一种智能计算机程序系统，以解决难以用数学模型来精确描述的系统故障诊断问题。
自从Stanford大学于1968年开发第一个专家系统DENDRAL以来，专家系统由于其广泛的应用范围而得到了迅猛的发展，故障专家系统的研究也得到了各国的高度重视，并相继在各行业中得到了典型应用。
贝尔实验室于1983年开发了用于电话电缆故障诊断与维护的专家系统。
EGG公司开发了一个用于核反应故障诊断与处理的REACTROR系统，该系统的知识库由功能型知识和事件型知识构成，采用混合型推理策略。
美国通用电气公司研制出用于内燃一电气机车故障排除的专家系统。
美国西屋研究中心与卡内基一梅隆大学合作研制出了汽轮发电机监控专家系统，用来监视德州3家主要发电厂的7台汽轮发电机组的全天工作状况。
我国目前研制开发出的专家系统主要用于医学领域，用于机械设备故障诊断的还不多。
在现场应用的诊断系统中，除了从国外引进，国内一些高等院校和单位，如华中理工大学、哈尔滨工业大学、西安热工研究所、辽阳石油化纤公司和北京英华达公司等也开展了这方面的工作，取得了一定的成效，但还不能满足用户的实际需要。
有文章根据智能模拟器综合测试维普资讯http:
/故障检测与诊断方法综述的特点和故障诊断要求，提出了一种新的专家系统知识分类和表示的方法，并利用可视化编程语言在Windows平台上建造了一个实用系统，该系统的仿真运行得到了很好的结果，诊断速度完全满足系统要求。
由于传统的专家系统存在知识获取困难、知识台阶窄、智能水平低等缺点，因而其发展受到了限制。
针对传统专家系统中知识获取难的缺点，有文提出了一种由失误驱动的故障诊断策略的自学习方法，较好地解决了专家系统知识难于获取的问题。
有文章提出了一种基于遗传算法的新型机器学习算法，并用于机械故障诊断专家系统之中，提高了专家系统的实用性。
另有文章提出了一种基于退火演化算法的知识获取机制，使得专家系统的“瓶颈”问题得到了有效的解决。
如何解决诊断专家系统中的诊断知识的获取、诊断知识的学习、规则爆炸等问题，将是专家系统故障诊断方法研究中的重点。
2模糊逻辑方法模糊性是由于事物在质上没有确切的含义，在量上没有明确的界限而表现出的一种属性。
由于许多生产过程的某些状态具有不分明、不确定性，如对征兆的描述：
温度“偏高”、振动“厉害”等都具有模糊特性，这使得系统的某些故障状态也具有模糊性，表现为：
同一故障可能由不同的原因造成；
同一故障可能会产生不同的故障特征。
美国自控论学者LAZadeh于1965年提出模糊集合论以来创立的模糊数学就是用来研究这种模糊性。
由于模糊逻辑具有较强的结构性知识表达能力，适于表达模糊或定性的知识，推理过程比较接近于人的思维模式，同时模糊分类可以直接对专家用语言描述的事件、关联的关系进行编码，易于人们理解，并且容易引入启
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