面向污水处理的数据驱动故障诊断及预测方法综述

在污水处理过程中,存在着强非线性、多变量耦合、参数时变、大滞后、内外干扰频繁等问题,因此如何及时发现系统的异常从而保证过程设备的可靠性和稳定性显得尤为重要.文中根据污水生化处理的特点,综述了基于数据驱动的故障诊断方法在污水处理领域的研究现状、存在的问题以及解决方案,探讨了故障预测在污水处理中的研究前景,指出了基于数据驱动的故障诊断方法研究在污水处理中存在的问题和未来的发展方向.     

航空发动机数据驱动法气路故障诊断研究进展

航空发动机气路故障在发动机故障类别中是非常重要的一环,避免气路故障以及及时对气路故障进行排故和预测对保障飞行安全具有不可忽视的作用。而随着现代算力和算法发展,基于数据驱动的方法在气路故障诊断中也具有越来越重要的影响力。本文较为详细的叙述了目前国内基于数据驱动方法航空发动机气路故障诊断的现状,例如：聚类、SVM、人工神经网络、深度学习等,讨论了各种方法的优缺点,指出了利用数据驱动方法的难点和关键环节,并对未来相关的研究趋势和发展趋势做出了展望。     

电磁驱动快速刀具伺服机构的电磁场和驱动力

为了实现非轴对称光学元件的高效、高精度车削,研究了基于变磁阻正应力电磁驱动原理的快速刀具伺服机构(fast tool servo, FTS).通过解析计算和数值模拟,得出如下结论: 该类型FTS的驱动力在工作范围内能保持良好的线性化特征;其最大加速度潜力可达4 500 m/s2;气隙宽度X0是关键结构参数,对于微行程(<100 μm)电磁驱动机构, X0应在工作行程的2～5倍范围内选取.     

数据驱动的变速器传感器故障诊断方法

针对基于模型以及基于规则的故障诊断方法的局限性,运用数据驱动的方法对变速器传感器进行故障诊断。使用逐步回归算法建立传感器模型,将实际传感器输出与传感器模型输出相减得到残差序列;用小波包变换(WPT)对残差序列进行分解,提取节点的香农熵作为特征值;最后,用概率神经网络(PNN)对不同传感器故障的特征值进行识别。使用硬件在环仿真获取车辆行驶过程中的变速器信号对该方法进行验证。结果表明:该方法的诊断正确率达到98.50%,在不同的样本划分情况下诊断正确率变化很小。此外,还对其他多个变速器传感器进行了故障诊断,诊断正确率均在较高值,证明了该方法的普适性。     

随机线性系统多执行器鲁棒故障诊断

针对随机线性控制系统提出了新的故障诊断方法·对于执行器故障情形,通过数学变换将故障转化为系统的未知输入,然后利用未知输入卡尔曼滤波器技术实现执行器故障诊断·诊断算法给出含噪故障估计值·为得到精确值,又采用了小波去噪方法·两种方法有机结合可对同时或接连发生的多执行器参数故障进行有效诊断,故障检测与估计及时准确·最后给出了仿真实例,结果验证了提出方法的正确性·     

水下机器人执行器的高斯粒子滤波故障诊断方法

针对智能水下机器人的执行器故障,提出了基于高斯粒子滤波的故障诊断方法.引入控制力(矩)损失参数表示故障,根据6自由度空间运动方程建立执行器故障模型;运用改进的高斯粒子滤波器对参数和运动状态进行联合估计;使用修正的贝叶斯算法检测故障,采用滑动窗口法估计故障的幅值;进行仿真实验并与真实海洋实验数据测试验证.结果表明,该方法能够快速检测故障,且故障幅值的估计精度较高.     

一类非线性级联系统层次化执行器故障诊断方法研究

研究了一类非线性级联系统中执行器内部参数与全局系统运行的相关性问题,利用系统全局可测信息隔离故障执行器并识别执行器内部故障参数.应用可逆理论及基于模型的故障诊断方法,形成了一种系统级与设备级相结合的互联系统层次化执行器故障诊断方案.通过将执行器视为独立子系统与过程子系统互连,构成互连非线性动态系统;并进行互连系统的可逆...     

数据驱动的在线MW-MSPCA故障诊断

针对动态非平稳过程数据的时变性和多尺度性导致故障诊断准确率下降及故障准确定位难以实现的不足,引入滑动窗口多尺度主元分析(Moving window multi-scale principal component analysis ,MW-MSPCA)〖BP)〗,通过小波阈值消噪解决统计模型偏离与数据相关性降低之间的矛盾,并在各个尺度上利用滑动窗口主元分析实现模型更新,然后借助三维贡献图描述反映过程行为变化的各独立过程变量对统计过程的贡献程度,进而对故障准确定位,最后给出诊断准确性的定量评价机制。在对6135D型柴油机进行数值实验中,并通过与传统的多尺度主元分析及自适应多向主元分析比较,实验结果从故障的漏报率、误报率及诊断准确率三方面表明新方法能更好地实现传感器故障诊断。     

基于支持向量数据描述的机械故障诊断研究

为了解决在机械智能监测与诊断中缺少故障样本的问题，提出了一种机械故障单值分类的新方法——支持向量数据描述法。该方法只需要一类目标样本作为学习样本，而不需要其他非目标样本，就可以建立起单值分类器，从而区分了非目标样本和目标样本。将这种方法应用在机械故障诊断和状态监测中，仅仅依靠正常运行时的数据信号，而不需要故障数据，就可以监测机器的运行状态，且不需要对原始数据进行特征提取。实验结果表明，支持向量数据描述法与传统的神经网络方法相比，具有较好的分类能力和较高的计算效率。     

基于IMM-UKF方法的机电作动器突发性故障诊断研究

飞机飞行控制系统机电作动器（electromechanical actuator,EMA）的突发性故障会影响到飞机的飞行安全性,甚至导致飞机失控.针对EMA的突发性故障,提出一种基于交互式多模型（interactive multiple model,IMM）和无迹卡尔曼滤波（unscented Kalman filter,UKF）相结合的故障诊断方法.该方法利用UKF不仅能更好地逼近状态方程的非线性特性,而且能使滤波器具有更好的稳定性和更低的计算量要求;利用IMM不仅解决了可测量参数偏少导致的故障诊断困难的问题,而且还改善了发生的故障与预先假设的故障差异较大的情况下故障诊断的快速性和准确性.通过对某型EMA进行故障诊断,仿真结果表明所提出的IMM-UKF故障诊断方法可以实现对EMA部件和传感器故障的快速准确诊断.      

分布式网络环境下系统跳变执行器故障诊断

针对存在输入干扰的分布式网络环境下系统跳变执行器故障问题,建立了连续时间马尔可夫跳变执行器故障系统模型,并设计了残差生成器.对于多系统网络传输下存在系统跳变的情况,首先在空间几何方法中的不可观测子空间以及空间分割投影运算基础上,运用H∞优化技术和线性矩阵不等式(LMI)方法完成残差生成器参数求解,实现残差对输入的解耦以及与故障的对应关系,并通过残差输出值与预设阈值对比来确定系统中的故障情形,最终完成分布式网络下系统跳变的执行器故障检测与隔离.通过仿真实验验证了算法的有效性.     

某高炮随动系统故障诊断装置的研制

研制某高炮随动系统故障诊断装置,包括信号检测点的确定、硬件系统设计、信号调理、系统测试以及故障诊断的方法与策略等.提出确定性故障和模糊性故障的概念.该装置采用计算机分布式结构和故障诊断专家系统.实测结果表明,装置定格为二级维修时故障覆盖率大于85%,故障诊断成功率大于96%,诊断时间小于5 min.     

基于解析余度的导弹执行机构故障诊断方法

针对导弹飞行过程中执行机构的故障问题,提出了基于解析余度的导弹执行机构故障诊断方法.该方法借鉴解析余度的思想,在分析导弹姿态控制系统数学模型以及其执行机构的结构与功能的基础上,分别得到4个执行机构喷管摆角的理论计算值和反映喷管摆角的位移反馈电位计输出值,通过分析执行机构的结构与功能得到反映喷管摆角的位移反馈电位计输出值,从而根据二者在功能上的解析冗余关系得到了用于导弹执行机构在线故障诊断的残差,利用该残差的变化即可判断执行机构的故障情况.将该方法用于某型导弹伺服机构的在线故障诊断仿真实验,结果验证了该方法的有效性.     

非线性时滞不确定系统执行器鲁棒故障诊断

提出了一种含有不确定性环节的非线性时滞系统的执行器鲁棒故障诊断方法,通过应用观测器技术和自适应技术来确定估计系统输出与实际系统输出的差值,若大于或等于阈值,诊断发生了故障。同时详细地分析了该方法的鲁棒性、灵敏性和稳定性。最后通过仿真验证了它的有效性。     

执行器故障检测的神经网络观测器方法

针对一类非线性系统,提出了一种用于执行器故障检测的神经网络观测器方法·这种非线性系统具有未知非线性函数,不需要满足结构匹配条件,并且不要求系统状态可测·观测器利用神经网络器逼近系统中的未知非线性项,提高了状态估计的精度·估计的残差提供了故障检测的手段,另一方面利用自适应律进行故障的识别·基于李亚普诺夫方法,从理论上证明了状态估计误差稳定且渐近收敛到零·最后,仿真结果表明该方法的有效性·     

基于多角度特征提取的舵机故障诊断方法

针对舵机故障中的抖动问题,提出一种基于多角度特征提取的故障诊断方法.利用短时分析法分帧舵机数据,以获得短时平稳的时间序列;引入能熵比概念提取舵机数据帧内的电流特征,并利用动态时间规整思想提取舵机数据帧内的位置特征,形成多角度特征以增强输入特征的显著性.在此基础上,利用双向长短时记忆网络提高后续舵机故障分类过程的准确性.通过某型舵机抖动实测数据的仿真,并与传统长短时记忆网络的故障诊断结果比较,验证了所提方法的有效性.     

一类非线性系统执行器多时滞故障诊断

提出了一种非线性系统的执行器多时滞鲁棒故障诊断方案,非线性与系统输入和输出有关,不确定性包括系统输入和状态等环节;通过构造观测器对状态和输出进行估计,得到具有鲁棒性的阈值;若系统的实际输出与估计输出之差(即残差)超出阈值,说明有故障发生,同时用自适应跟踪器对故障进行跟踪;在理论上证明了该方案的鲁棒性、灵敏度和稳定性,通过M atlab软件仿真验证了该方法的有效性.     

机液伺服执行器的研究

对某钢厂转炉烟气控制系统中的RD阀液压伺服执行器进行了测试，建立了伺服执行器的数学模型，并利用计算机测试系统进行了验证。