收藏本站
《重庆大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

数据驱动的多元统计故障诊断及应用

胡友强  
【摘要】:随着信息科学技术的快速发展,国防和国民经济各个领域的大型机械系统、工程系统和自动化系统复杂性与自动化程度不断提高,人们迫切需要提高整个系统的可靠性、可维修性和安全性。由于系统在运行过程中是一个相互影响的统一整体,其不同设备之间存在着密切的联系且同一设备不同部分之间也含有紧密的耦合,使得发生的故障难以准确的判断和定位,若不能将其及时诊断并排除就会导致设备甚至整个系统不能有效正常运行,严重的故障会造成灾难性事故。由于计算机技术及各种智能仪表在工业过程中的广泛应用和不断发展,反映系统运行状况的海量过程数据被采集并存储下来。如何利用这些积累的海量离、在线运行数据,在难以建立起系统机理模型进行故障诊断的情况下,通过分析数据特征及其内在规律实现对工业过程及其相关设备的故障诊断,最终到达提高产品质量、保证生产安全、减少经济损失的目的,成为近年来工程和学术界的研究热点之一。 为此,本文从大型自动化系统的运行状态特点和动态非平稳过程的诊断需求分析出发,利用相应的数学理论并结合工程实际,系统深入地开展了数据驱动的多元统计故障诊断研究,为进一步完善基于数据驱动的故障诊断理论体系作出一定程度的贡献,以期实现数据驱动的故障诊断在实际中的良好应用。通过采用现有数据驱动的故障诊断体系中的各种方法以及本文所提出的一些新方法,以6135D柴油机在漏气故障下的海量数据作为诊断的数据样本,分别对该数据样本进行了数据实验。数据实验的结果表明,本文所开展的各项研究工作及在此基础上所取得的一些创新性成果,在具有较为广泛的应用前景的同时,还具有较为重要的科学研究意义。本文所进行的主要研究工作如下: ①通过将含有恒偏差、缓变、突变和和高频正弦等几种类型故障的染噪信号在各个尺度下进行小波分解并提取出相应的细节特征,详细地分析了动态非平稳过程数据的多尺度特征,得到了故障特征在数据空间中的分布规律。针对小波滤波中所出现的边缘效应造成滤波后信号所产生的毛刺和尖峰,结合Toeplitz矩阵和Gram-Schmidt正交化算法设计了边缘校正滤波器,从而减轻边缘效应对信号滤波造成的不良影响。 ②分析了小波变换检测信号奇异性的相关原理。为克服传统基于小波变换的信号奇异性检测方法不能克服噪声的影响,而预先对信号降噪的同时又容易造成部分故障信息的丢失,提出了一种基于多尺度积的故障奇异性检测与奇异点定位方法。该方法充分利用了小波变换多尺度积在有效增强信号的细节特征的同时又能有效抑制噪声影响的特性。 ③针对传统PCA因模型固定、尺度单一不能准确反映动态非平稳过程数据的时变和多尺度等统计特性的缺陷,通过在线多尺度滤波(OLMS),结合递归主元分析(APCA)和多尺度主元分析(MSPCA),并在已设计的边缘校正滤波器基础上,提出了基于在线多尺度滤波的多元统计故障诊断方法,实现了多元统计方法对过程数据的实时监控。 ④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,提出滑动窗口多尺度主元分析( Moving Window Multi-scale Principal Component Analysis,MW-MSPCA),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。 ⑤选取6135D型柴油机作为研究对象,分析其故障机理和缸盖处振动信号特点,以该柴油机在漏气故障下的测量数据作为样本,分别采用传统主元分析(PCA)、传统多尺度主元分析(MSPCA)、直接对小波系数进行阈值去噪的改进多尺度主元分析(AMSPCA)、在线多尺度滤波的多尺度主元分析(OLMS-R-MSPCA)、基于滑动窗口的多尺度主元分析(MW-MSPCA)5种算法分别进行了数据实验,并在提出定量分析算法准确率的基础上,按照定量规则对实验结果进行定量分析,最终的分析结果证明了本文所提方法的有效性和可行性。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TH165.3

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 马刚;输变电设备在线状态分析与智能诊断系统的研究[D];华北电力大学;2013年
2 焉晓贞;无线传感器网络中传感数据估计方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 吴伟;基于改进RBF神经网络的故障诊断技术研究[D];重庆大学;2012年
2 徐海永;基于主元分析和支持向量回归机的故障预测[D];大连理工大学;2013年
3 张恒;基于数据驱动的转子故障特征信息建模方法研究[D];兰州理工大学;2013年
4 安家玉;基于重构PCA的过渡过程监测方法研究[D];东北大学;2013年
5 梁琴;基于支持向量机的间歇过程建模与故障检测[D];东北大学;2012年
6 苑天琪;基于多元统计分析的故障诊断方法研究[D];杭州电子科技大学;2014年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谭阳红;叶佳卓;;模拟电路故障诊断的小波方法[J];电子与信息学报;2006年09期
2 王洪江;孙保民;田进步;;定性仿真在锅炉状态监控和故障诊断中的应用[J];工程热物理学报;2007年01期
3 刘育明;梁军;胡斌;叶鲁彬;石向荣;;一种基于多尺度分析的多变量统计过程监测方法[J];化工学报;2009年04期
4 曾儒伟,许诚,曾亮;故障诊断方法发展动向[J];航空计算技术;2003年03期
5 邵晨曦;张俊涛;范金锋;白方周;;基于定性定量知识的故障诊断[J];计算机工程;2006年06期
6 史铁林,陈勇辉,李巍华,熊良才,廖广兰;提高大型复杂机电系统故障诊断质量的几种新方法[J];机械工程学报;2003年09期
7 郭显久,王伟;基于尺度乘积与小波收缩相结合的去噪方法[J];控制与决策;2005年06期
8 柴天佑;;生产制造全流程优化控制对控制与优化理论方法的挑战[J];自动化学报;2009年06期
9 周东华;胡艳艳;;动态系统的故障诊断技术[J];自动化学报;2009年06期
10 周福娜;文成林;汤天浩;陈志国;;基于指定元分析的多故障诊断方法[J];自动化学报;2009年07期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 郑望;多变量统计过程监控[D];北京化工大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邓勤;若干个不同部件并联可修系统可用度的研究[J];阿坝师范高等专科学校学报;2005年03期
2 徐文婷;李承鹏;;基于自适应遗传算法的离散化方法[J];合肥师范学院学报;2011年03期
3 蔡莉;胡学钢;;一种基于粗集的决策表求核算法[J];安徽大学学报(自然科学版);2007年06期
4 周玉华;李景杰;;不完备决策表的一种属性约简方法[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年04期
5 杨萍,万上海,陈耿;一种基于可变支持度的缺省规则挖掘算法[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2004年02期
6 余丙荣;周明龙;李玲纯;;基于遗传算法的WANN的汽车发动机故障诊断分析[J];安徽工程大学学报;2011年01期
7 孙全玲;基于粗集和神经网络的建模方法研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2005年02期
8 孙虹;方敏;;基于Rough集和RBF网络的车牌字符识别方法[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2006年04期
9 孙虹;;粗糙集神经网络系统在车牌字符识别中的研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2007年04期
10 邓胜;戴小鹏;陈垦;黄璜;;粗糙集理论在农业生物灾害预测中的应用[J];安徽农业科学;2010年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 危前进;董荣胜;孟瑜;崔更申;;基于粗糙集的机械装配知识发现方法[A];广西计算机学会25周年纪念会暨2011年学术年会论文集[C];2011年
2 ;Fuzziness in Covering Generalized Rough Sets[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 李雄;党生;;基于Rough集理论的战场侦察情报处理[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 张端金;张爱玲;;基于观测器的Delta算子系统故障检测[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 刘士荣;何文波;;基于强跟踪粒子滤波器的非线性系统故障诊断[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 胡文金;周东华;;基于输入等价干扰的DC-DC变换器自适应控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 王树彬;黄鹤;韩笑冬;王执铨;;一种基于细化故障的容错控制设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 谭琳;文成林;;一种基于多模式的故障检测方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 陈楚湘;沈建京;陈冰;尚长兴;王运成;;运用粗糙集理论建立中老年肺炎中医症候诊断标准[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 龚锦红;杨辉;衷路生;;稀土萃取分离过程的Rough集案例推理方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 夏全喜;车载组合导航系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李高云;大型船舶航向/航迹智能容错控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 殷志伟;基于统计学习理论的分类方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 姜延吉;多传感器数据融合关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 吕宁;基于数据驱动的故障诊断模型及算法研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
7 周子冠;电网多数据源在线诊断方法研究[D];中国电力科学研究院;2010年
8 张目;高技术企业信用风险影响因素及评价方法研究[D];电子科技大学;2010年
9 王志颖;复杂装备智能机内测试技术研究[D];电子科技大学;2011年
10 苏煜;基于SCF范式的在线P300脑机接口研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 蒲锰;非侵入式矿井提升机PLC电控系统实时故障诊断方法的研究[D];山东科技大学;2010年
2 岳海亮;信息论在粗糙集连续属性离散化中的应用[D];辽宁师范大学;2010年
3 宋清华;Delta算子描述的不确定时滞系统鲁棒容错控制[D];郑州大学;2010年
4 张晓冬;基于全矢谱的智能诊断技术研究[D];郑州大学;2010年
5 李昕哲;关系邻域系统的属性约简[D];郑州大学;2010年
6 赵培君;奇异系统的故障诊断和最优容错控制[D];郑州大学;2010年
7 刘琪;正态云模型模糊推理系统及其应用研究[D];郑州大学;2010年
8 阎明;蒸汽发生器故障预报方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 朱明;基于信息熵的导航传感器故障诊断技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 栾厚斌;综合舰桥系统信息集成处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵刚;黄大荣;黄席樾;;火箭漏电故障诊断技术研究[J];兵工学报;2010年07期
2 张敬芬,赵德有;基于模糊神经网络和数据融合的结构裂纹故障诊断[J];船舶力学;2004年02期
3 陈亚华,蒋丽英,郭明,王树青;基于多向Fisher判据分析的间歇过程性能监控[J];吉林大学学报(信息科学版);2004年04期
4 谢春丽,夏虹,刘永阔;多传感器数据融合技术在故障诊断中的应用[J];传感器技术;2004年04期
5 李兵;张培林;任国全;刘东升;米双山;;基于互信息的滚动轴承故障特征选择方法[J];测试技术学报;2009年02期
6 张更云;王旭东;冯建涛;彭鹏;;基于粗糙集理论的发动机数据特征提取[J];四川兵工学报;2009年08期
7 郝丽娜,王伟,吴光宇,王宛山;粗糙集-神经网络故障诊断方法研究[J];东北大学学报;2003年03期
8 高文胜,严璋,谈克雄;基于油中溶解气体分析的电力变压器绝缘故障诊断方法[J];电工电能新技术;2000年01期
9 王慧芳;杨荷娟;何奔腾;王一;;输变电设备状态故障率模型改进分析[J];电力系统自动化;2011年16期
10 司风琪;李欢欢;徐治皋;;基于鲁棒输入训练神经网络的非线性多传感器故障诊断方法及其应用[J];东南大学学报(自然科学版);2011年03期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吕宁;基于数据驱动的故障诊断模型及算法研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
2 曾庆虎;机械传动系统关键零部件故障预测技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
3 雷亚国;混合智能技术及其在故障诊断中的应用研究[D];西安交通大学;2007年
4 吴胜强;核主元分析及证据理论的多域特征故障诊断新方法研究[D];燕山大学;2011年
5 苏永振;航空材料结构低速冲击健康监测研究[D];南京航空航天大学;2010年
6 郭明;基于数据驱动的流程工业性能监控与故障诊断研究[D];浙江大学;2004年
7 张丽新;高维数据的特征选择及基于特征选择的集成学习研究[D];清华大学;2004年
8 何宁;基于ICA-PCA方法的流程工业过程监控与故障诊断研究[D];浙江大学;2004年
9 尹建川;径向基函数神经网络及其在船舶运动控制中的应用研究[D];大连海事大学;2007年
10 龚李伟;电容型设备绝缘在线监测与智能化故障诊断研究[D];华中科技大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邹向琪;间歇式反应釜温度控制系统故障诊断研究[D];大连理工大学;2010年
2 童忆莹;基于增量聚类和ReliefF的特征选择方法[D];西南大学;2011年
3 霍天龙;基于支持向量机的转子系统故障诊断方法研究[D];兰州理工大学;2011年
4 汪海光;粗糙集理论在高压断路器故障诊断中的应用[D];长安大学;2011年
5 董杏;智能诊断方法及其在变压器故障中的应用研究[D];华北电力大学;2011年
6 范先念;数据不平衡分类问题研究[D];中国科学技术大学;2011年
7 齐瑞勤;遗传算法在间歇式反应釜故障诊断中的应用[D];大连理工大学;2011年
8 杨慧斌;滚动轴承故障诊断中的特征提取与选择方法[D];湖南工业大学;2011年
9 杨飞;基于多元统计分析的故障诊断算法研究[D];东北大学;2009年
10 应宇乾;基于数据驱动的烧结处理过程建模和控制[D];浙江大学;2012年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 闻铖;朱凡;;输变电设备在线监测的实时测量技术概述[J];电源技术应用;2014年01期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 马立玲,王军政,宋月;Multi-PCA模型过程监测方法[J];北京理工大学学报;2004年01期
2 谭阳红;叶佳卓;;模拟电路故障诊断的小波方法[J];电子与信息学报;2006年09期
3 王洪江;孙保民;田进步;;定性仿真在锅炉状态监控和故障诊断中的应用[J];工程热物理学报;2007年01期
4 简金宝,罗慕华;一般约束最优化超线性与二次收敛的SQP拟可行方法[J];工程数学学报;2004年04期
5 王巍,姜兴渭,黄文虎;设备故障可诊断性的研究与探索[J];哈尔滨工业大学学报;2000年02期
6 陈耀,王文海,孙优贤;基于动态主元分析的统计过程监视[J];化工学报;2000年05期
7 陈国金,梁军,钱积新;独立元分析方法(ICA)及其在化工过程监控和故障诊断中的应用[J];化工学报;2003年10期
8 谢磊,王树青,张建明;基于PSO的间歇生产鲁棒统计过程监控[J];化工学报;2005年03期
9 李钢;周东华;;基于SPM的多变量连续过程在线故障预测方法[J];化工学报;2008年07期
10 陈勇,梁军,陆浩;多模型MPCA方法在多变量间歇过程故障监测与诊断中的应用[J];江南大学学报;2002年02期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 郭明;基于数据驱动的流程工业性能监控与故障诊断研究[D];浙江大学;2004年
2 谢磊;间歇过程统计性能监控研究[D];浙江大学;2005年
3 赵仕健;多元统计过程监控若干问题研究[D];清华大学;2005年
4 赵旭;基于统计学方法的过程监控与质量控制研究[D];上海交通大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张登峰;郝伟;郝旺身;董辛旻;;模糊综合评判在风力发电设备诊断中的应用[J];机床与液压;2011年19期
2 沈枫;王孟莲;梁树甜;;基于神经网络和混合编程的整流桥故障诊断研究[J];船电技术;2011年10期
3 方桂花;赵永;李绪省;;模糊Petri网在液压泵故障诊断中的应用研究[J];机床与液压;2011年19期
4 李建福;;跟踪判断筛检法在液压系统故障诊断中的应用[J];江汉石油职工大学学报;2011年03期
5 连伟;王汉章;;工程机械液压系统故障的现场检测与诊断[J];黑龙江交通科技;2011年10期
6 洪贝;胡昌华;姜学鹏;;基于证据理论聚类算法的故障诊断[J];南京航空航天大学学报;2011年S1期
7 熊天翔;;飞机健康管理综述[J];科技资讯;2011年29期
8 田璧元,贾新华;微机辅助电路调试中的故障诊断[J];华北电力大学学报;1991年03期
9 杨国柱;周耕书;;舰船武备系统故障诊断算法的探讨[J];海军工程大学学报;1991年04期
10 朱昶基,胡用生,陈健凡,刘继;滚动轴承故障诊断技术的研究(上)[J];铁道车辆;1992年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘仁德;胡申辉;徐家倬;;磨煤机的故障诊断[A];第十届全国设备监测与诊断技术学术会议论文集[C];2000年
2 戴乐云;李建康;;振动信号时间序列建模在故障诊断中的应用[A];振动工程学报(工程应用专辑)[C];2001年
3 李晓栋;胡清华;;汽轮机故障诊断文本支持系统的研究与建立[A];2004电站自动化信息化学术技术交流会议论文集[C];2004年
4 王航;于歆杰;;遗传算法在故障诊断中应用的新方法[A];2005年中国智能自动化会议论文集[C];2005年
5 单鸿鹏;关月红;;频谱分析技术在滚动轴承故障诊断中的应用[A];设备监测与诊断技术及其应用——第十二届全国设备监测与诊断学术会议论文集[C];2005年
6 张珍;韩厚德;陈宝忠;;基于卫星通信的船舶冷藏集装箱远程故障诊断系统[A];制冷空调新技术进展——第四届全国制冷空调新技术研讨会论文集[C];2006年
7 卫红梅;段滋华;;高速回转轴油膜振荡故障诊断分析[A];2006年石油和化工行业节能技术研讨会会议论文集[C];2006年
8 阳能军;汤伟;龙宪海;雷涛;;EMD及其在声发射检测中的应用研究[A];2008年全国振动工程及应用学术会议暨第十一届全国设备故障诊断学术会议论文集[C];2008年
9 蔡勇;王晓武;潘卫明;;基于瞬时转速的斯特林发动机循环系统故障诊断研究[A];2008年全国振动工程及应用学术会议暨第十一届全国设备故障诊断学术会议论文集[C];2008年
10 黄忠民;;电喷发动机非正常熄火的故障诊断分析[A];全国城市公路学会第十四届学术年会论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 黄安华;液压制动系统的故障诊断[N];中国汽车报;2002年
2 李萍;济钢EAM离线网络点检和故障诊断管理系统开发应用[N];世界金属导报;2007年
3 胡荣山 马巍;上海海大一课题列入国家“863”计划[N];中国船舶报;2007年
4 孙建阳 刘波;小型渔船柴油机故障诊断与排除[N];中国渔业报;2008年
5 见习记者 仝亚娜;孙彦广:冶金故障诊断设备前景广阔[N];机电商报;2005年
6 小田;网卡故障诊断[N];中国电脑教育报;2000年
7 陈全东;干式复合“粘边”故障诊断[N];中国包装报;2003年
8 龚献荣;大型天然气装置实现网络化监测[N];中国化工报;2005年
9 周传勇 杜慧;济钢网络化设备点检与故障诊断管理系统上线运行[N];世界金属导报;2008年
10 汤怀京;WLAN也有“线”[N];中国计算机报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 宋其江;基于有向图模型的故障诊断方法研究及其在航天中的应用[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 陈非;基于过程信息融合的旋转机械信息(火用)故障诊断研究[D];华中科技大学;2010年
3 冯志鹏;计算智能在机械设备故障诊断中的应用研究[D];大连理工大学;2003年
4 何小斌;基于统计学方法的自适应过程监控与故障诊断[D];上海交通大学;2009年
5 宋凯;基于PLS的统计质量监控研究与应用[D];浙江大学;2005年
6 李敏;复杂机械基于数据的建模与故障诊断[D];太原理工大学;2010年
7 鲁峰;航空发动机故障诊断的融合技术研究[D];南京航空航天大学;2009年
8 蒋斌;机电系统故障诊断的理论与应用研究[D];浙江大学;2002年
9 盛晨兴;挖泥船动力机械远程诊断系统关键技术研究[D];武汉理工大学;2009年
10 刘应吉;车辆状态监测与故障诊断新方法研究[D];东北大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王明秀;大型汽轮发电机故障诊断专家系统诊断处理子系统的研究[D];华北电力大学;2001年
2 刘峰;基于神经网络的水轮发电机组振动故障诊断专家系统的研究[D];西安理工大学;2003年
3 许东;地空导弹混合智能故障诊断专家系统的设计与实现[D];西北工业大学;2002年
4 石金彦;基于规则的数据挖掘方法在故障诊断中的应用[D];郑州大学;2003年
5 周春健;基于小波变换的旋转机械故障诊断[D];南京航空航天大学;2004年
6 陈洁;基于Web的远程监测与故障诊断系统研究[D];武汉科技大学;2004年
7 辛惠娟;汽车发动机故障诊断专家系统的开发研究[D];华北电力大学(河北);2004年
8 刘满国;基于小波的导弹测试信号处理与故障诊断[D];西北工业大学;2005年
9 朱胜利;关于独山子炼油厂进料泵的故障诊断[D];新疆大学;2002年
10 李晓彬;基于神经网络的工程结构在线监测与故障诊断研究[D];武汉理工大学;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026