第1章绪论(智能故障诊断的基本概念)

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1、1智能故障诊断技术智能故障诊断技术 主讲人：沈志熙 重庆大学自动化学院重庆大学自动化学院2第一章第一章 绪论绪论o 1. 课程的性质和内容o 2. 智能故障诊断的基本概念智能故障诊断的基本概念o 3. 智能故障诊断的研究目的和意义o 4. 智能故障诊断的研究内容o 5. 智能故障诊断的研究方法o 6. 智能故障诊断的国内外研究概况31. 课程的性质和内容课程的性质和内容o 课程性质课程性质高等院校工科类的一门专业课专业课智能故障诊断所涉及到的主要学科内容关系智能故障诊断所涉及到的主要学科内容关系4课程内容课程内容o 本课程为选修课选修课（共16学时），主要讲述智能故障诊断技术的理论基础部分理论

2、基础部分，内容包括：n智能故障诊断的基本概念（4学时）n智能故障诊断的构成原理及方法（2学时）n智能故障诊断的方案（3学时）n智能故障诊断的控制策略（1学时）n智能故障诊断的实现方法（2学时）n分组讨论（2学时）n复习总结（2学时）5学习要点学习要点o 基础性基础性：重点在于对基本概念、术语、结构和原理的学习和掌握，目的是为以后的学习和研究工作打下基础，具体的知识点和相关算法不在要求之内。o 实践性实践性：注意理论与实际应用相结合，在学习中思考如何将相关的理论概念、结构和原理与实际工程应用相对应。o 主动性主动性：智能故障诊断正处于日新月异的发展中，其涉及到的先导知识很多，且新概念、新方法又不

3、断涌现和丰富，因此必须对相关知识点、以及当前的技术流派和研究方向进行主动学习和追踪。6教材与参考教材与参考o 教材教材：n王仲生编. 智能故障诊断与容错控制. 西北工业大学出版社，2005年.o 参考参考：n吴今培编. 智能故障诊断与专家系统. 科学出版社，1997年.n杨军编. 装备智能故障诊断技术. 国防工业出版社，2004年.n盛兆顺编. 设备状态监测与故障诊断技术及应用. 化学工业出版社，2003年.72. 智能故障诊断的基本概念智能故障诊断的基本概念o 2.1 什么是智能？o 2.2 什么是故障？o 2.3 什么是故障诊断？o 2.4 什么是智能故障诊断？82.1 什么是智能？什么是

4、智能？o 智能：智能：是指能随内、外部条件的变化，具有运用知识解决问题和确定正确行为的能力。o 表现形式：观察、记忆、想像、思考、判断o 智能可分为低级智能和高级智能：n 低级智能低级智能感知环境、做出决策和控制行为n 高级智能高级智能不仅具有感知能力，更重要的是具有学习、分析、比较和推理能力，能根据复杂环境变化做出正确决策和适应环境变化9智能的基本要素智能的基本要素三个基本要素：三个基本要素：推理、学习、联想o 推理推理从一个或几个已知的判断（前提），逻辑地推断出一个新判断（结论）的思维形式o 学习学习根据环境变化，动态地改变知识结构o 联想联想通过与其它知识的联系，能正确地认识客观事物和解

5、决实际问题10智能应具备的条件（能力）智能应具备的条件（能力）三个基本能力三个基本能力：感知、思维思维、行为o 感知能力感知能力就是能感知外界变化和获取感性知识的能力o 思维能力思维能力就是具有记忆、联想、推理、分析、比较、判断、决策、学习等能力o 行为能力行为能力就是对外界刺激（输入信号）做出反应（输出信息）并采取相应动作的能力112.2 什么是故障？什么是故障？o 故障：故障：是指设备在规定条件下不能完成其规定功能的一种状态。可分为以下几种情况：n 1）设备在规定的条件下丧失功能功能；n 2）设备的某些性能性能参数达不到设计要求，超出允许范围；n 3）设备的某些零部件零部件发生磨损、断裂、

6、损坏等，致使设备不能正常工作；n 4）设备工作失灵，或发生结构性结构性破坏，导致严重事故甚至灾难性事故。12故障的分类故障的分类o 设备故障通常可分为对象故障、仪表故障和系统故障o 按故障发生的性质分硬故障和软故障o 按故障发生的时间历程分突发性和渐进性故障o 按故障存在的时间历程分间歇性和永久性故障o 按故障显现的状况分潜在故障和功能故障o 按故障原因分内在故障和环境故障o 13故障的性质故障的性质o 1）层次性层次性系统是有层次的，故障的产生对应于系统的不同层次表现出层次性。一般可分为系统级、子系统级、部件级、元件级等多个层次；高层故障可由低层故障引起，而低层故障必定引起高层故障。诊断时可

7、采用层次诊断模型和诊断策略层次诊断模型和诊断策略。o 2）相关性相关性故障一般不会孤立存在，它们之间通常相互依存和相互影响，如系统故障常常由相关联的子系统传播所致。表现为，一种故障可能对应多种征兆，而一种征兆可能对应多种故障。这种故故障与征兆障与征兆间的复杂关系导致了故障诊断的困难。14故障的性质故障的性质o 3）随机性随机性故障的发生常常是一个与时间相关与时间相关的随机过程的随机过程，突发性故障的出现通常都没有规律性；再加上某些信息的模糊性和不确定性信息的模糊性和不确定性，就构成了故障的随机性。o 4）可预测性可预测性设备大部分故障在出现之前通常有一定先兆先兆，只要及时捕捉这些征兆信息，就可

8、以对故障进行预测和防范。152.3 什么是故障诊断？什么是故障诊断？o 故障诊断故障诊断：就是对设备运行状态和异常情况做出判断。具体说来，就是n 在设备没有发生故障之前，要对设备的运行状态进行预测和预报；n 在设备发生故障之后，要对故障的原因、部位、类型、程度等做出判断；n 并进行维修决策。16故障诊断的实质故障诊断的实质o 故障诊断的基本思想：n设被检测对象全部可能状态（正常和故障）组成状态空间S，它的可观测量特征的取值范围全体构成特征空间Yn若系统处于某一状态s时具有确定的特征y，即存在映射 ；反之，一定的特征y也对应确定的状态s，即存在映射 。状态与特征空间这一关系可表述为：n因此，故障

9、诊断的目的就是：根据可测量的特征向量来判断系统处于何种状态，也就是找出映射关系 f故障诊断的基本思想表述故障诊断的基本思想表述特征空间特征空间状态空间状态空间fg:g SY:f YS17故障诊断的实质故障诊断的实质o 对于有限状态的系统，令正常状态为s0，n种故障对应的系统状态为s1, s2, , sn；其中，处于状态si时，对应的可测量特征向量为yi = (yi1, yi2, , yim)；故障诊断就是由特征向量y = (y1, y2, , yk)，求出它所对应的状态s的过程o 在这种情况下，故障诊断就成为：根据特征向量对根据特征向量对被测系统的状态进行分类的问题被测系统的状态进行分类的问题

10、，或者说对特征向对特征向量进行模式识别的问题量进行模式识别的问题o 结论：故障诊断的实质结论：故障诊断的实质模式识别（分类）问题模式识别（分类）问题18故障诊断的过程故障诊断的过程故障诊断的过程有三个主要步骤：o 第一步第一步是检测设备状态的特征信号，即信号测取信号测取；o 第二步第二步是从检测到的特征信号中提取征兆，即征兆征兆提取提取；o 第三步第三步是根据征兆和其它诊断信息来识别设备的状态，从而完成故障诊断，即状态识别状态识别。这是整个诊断过程的核心核心。19故障诊断的过程故障诊断的过程故障诊断的过程故障诊断的过程设备的状态特征信号人的感官传感装置征兆提取装置状态识别装置决策形成装置状态分

11、析装置设备档案工作环境参考模式能量形式的特征信号物态形式的特征信号直接的物理状态指导诊断信息的进一步获取干预决策状态趋势状态状 态20故障诊断的任务故障诊断的任务o 故障检测故障检测：采用合适的观测方式、在合适部位测取特征信号，即信号测取信号测取；采用合适的方法，从特征信号中提取状态征兆，即征兆提取征兆提取o 故障识别故障识别：采用合适的状态识别方法与装置，依据征兆而推理识别出设备的有关状态，即状态识别状态识别o 故障分离与估计（预测）故障分离与估计（预测）：采用合适的状态趋势分析法，依据征兆与状态推理出状态的发展趋势，即状态预测状态预测o 故障评价与决策故障评价与决策：采用合适的决策形成方法