基于Kullback-Leibler距离的闭环系统传感器微小故障诊断

在闭环控制系统中,当故障幅值较小时,由故障带来的影响会被控制量所掩盖.因此,闭环系统中的微小故障诊断实现更为复杂.本文针对闭环系统中的传感器故障,提出了基于Kullback-Leibler(KL)距离的微小故障在线检测与估计方法.本文首先介绍了KL距离的定义及其在多变量故障检测中的应用,然后提出了结合KL距离与快速移动窗口主成分分析(MWPCA)的在线微小故障检测与估计模型.在高斯分布的假设下,利用系统输入输出残差构造MWPCA的数据矩阵,然后通过在线更新数据矩阵主成分的均值与方差实现KL距离的在线更新,最终实现闭环系统中传感器的在线故障检测与估计.仿真实验表明,该方法能有效实现具有低故障—噪声比(FNR)特性的微小故障诊断.     

考虑不确定测量和个体差异的非线性随机退化系统剩余寿命估计

剩余寿命估计是预测与健康管理的基础,是降低系统运行风险、提高系统安全性与可靠性的有效途径.针对工程实际中大量存在的非线性随机性退化系统,现有方法仅单独考虑了不确定测量或系统间个体差异对剩余寿命的影响,尚未实现同时考虑不确定测量和个体差异的剩余寿命估计.因此,本文首先建立了一种基于扩散过程的非线性退化模型,进一步通过建立的状态空间模型和Kalman滤波实现了同时考虑不确定测量和个体差异下的随机退化系统剩余寿命自适应估计,同时对漂移系数进行自适应估计,以获取非线性退化系统更加精确的剩余寿命估计.最后,将所提方法应用于疲劳裂纹和陀螺仪的监测数据,结果表明本文方法显著优于仅考虑不确定测量或仅考虑个体差异的寿命估计方法,具有潜在的工程应用价值.     

航空发动机的健康指标构建与剩余寿命预测

预测与健康管理技术能够有效的评估系统健康状态、预测系统剩余使用寿命,是提高复杂系统安全性、经济性的重要保障.为全面评估系统健康状态,本文提出了一种基于深度置信网络(DBN)的无监督健康指标构建方法,并结合隐马尔可夫模型(HMM)进行系统剩余寿命预测.首先,通过无监督训练深度置信网络实现历史数据的特征提取,进而构建健康指标;其次,利用健康指标集训练隐马尔可夫模型,实现设备健康状态的自动识别;最后,通过DBN-HMM混合模型来计算系统剩余寿命.采用商用模块化航空推进系统仿真软件(C-MAPSS)给出的航空发动机数据集,验证了上述方法的有效性.     

一种改进的锂离子电池剩余寿命预测算法

锂离子电池故障往往会使系统性能下降甚至瘫痪,故障部件剩余寿命的精确估计对整个系统的寿命预测和健康管理至关重要。粒子滤波是一种有效的序列信号处理方法,然而应用于锂离子电池剩余寿命预测准确性并不高。根据锂离子电池电学特性,提出一种改进的粒子滤波算法,基于锂离子电池容量退化指数模型,结合训练数据对锂离子电池剩余寿命进行预测。仿真及实验结果表明,改进的粒子滤波算法对锂离子电池剩余寿命预测误差小于5%。     

多变量系统状态空间模型的递阶辨识

研究多变量系统状态空间模型的递阶辨识问题,推广了作者提出的标量系统状态和参数联合辨识算法.当状态可量测时,利用最小二乘原理直接辨识状态空间模型的参数矩阵;当状态不可测时,利用递阶辨识原理提出了状态空间模型递阶辨识方法,使用系统输入输出数据来估计系统的未知状态和参数.状态空间模型递阶辨识方法分为两步:首先假设系统状态是已知的(即参数估计算法中的未知系统状态用其估计代替),基于状态估计和系统输入输出数据递归计算系统参数估计;然后基于系统输入输出数据和获得的参数估计,递归计算系统的状态估计.     

UD分解与偏差补偿结合用于变量带误差模型辨识

本文提出一种基于UD(upper-diagonal)分解与偏差补偿结合的辨识方法,用于变量带误差(errors-in-variables,EIV)模型辨识.考虑单输入单输出(single input and single output,SISO)线性动态系统,当输入和输出含有零均值、方差未知的高斯测量白噪声时,该类系统的模型参数估计是一种典型的EIV模型辨识问题.为了获得这种EIV模型参数的无偏估计,本文先推导出最小二乘模型参数估计偏差量与输入输出噪声方差以及最小二乘损失函数与输入输出噪声方差的关系,然后采用UD分解方法递推获得模型参数估计值,再利用输入输出噪声方差估计值补偿模型参数估计偏差,以此获得模型参数的无偏估计.本文还讨论了算法实现过程中遇到的一些问题及修补方法,并通过仿真例验证了所提辨识方法的有效性.     

基于改进CNN-LSTM的飞控系统剩余寿命预测

数据驱动的剩余寿命（remaining useful life,RUL）预测是复杂系统健康管理的重点研究内容,然而数据集的缺乏制约了不同系统上RUL预测的研究。针对这一问题,以飞控系统为例,提出一种仿真模型和数据混合驱动的RUL预测方法。该方法通过模型仿真提供充足的故障数据,并结合改进CNN-LSTM网络实现高质量的故障信息提取。首先对系统及其故障模式建立仿真模型,利用蒙特卡罗方法生成随机故障时间序列并依次注入故障,根据仿真响应和失效阈值确定序列的寿命标签,即可生成包含多组随机序列的系统失效数据集;其次利用长短时记忆网络（long short-term memory,LSTM）提取系统状态参数时间序列的故障信息,结合一维卷积神经网络（1D-CNN）提取不同状态参数之间的关联特征,从而形成时序-空间相结合的剩余寿命预测网络。充分的实验结果证明了所提方法对不同系统均能帮助达到动态和准确的剩余寿命预测。     

基于神经网络的非线性时间序列故障预报

对模型未知非线性系统, 将系统输出组成时间序列并通过空间嵌入的方法转化为一个离散动态系统. 利用线性 AR 模型拟合时间序列的线性部分, 用神经网络拟合时间序列的非线性部分并补偿外界未知的扰动, 提出了通过对状态的观测实现时间序列一步预测的方法. 利用滚动优化的思想将一步预测推广, 提出了时间序列的 N 步预测方法, 证明了时间序列预测误差有界. 通过对预测误差进行概率密度估计和检验, 提出了故障的预报方法. 对 F-16 歼击机的结构故障预报结果表明了方法的有效性.     

基于多项式混沌理论的感应电机自愈控制系统

针对感应电机控制系统中速度传感器故障提出了一种自愈控制方法.考虑转子电阻不确定性,基于多项式混沌理论(PCT),对定子电流模型进行扩展,再利用扩展Kalman滤波法,设计定子电流观测器,并在此基础上设计速度自适应估计器.当传感器正常时,利用电流观测器观测值进行状态监测;传感器发生故障后,系统利用估计转速代替传感器信号作为新的反馈,保证系统的连续运行,实现了对系统的自愈控制.仿真结果验证了该方法的有效性.     

一种结合Bayes估计的NHPP航班查询软件可靠性评估方法

从航班查询系统故障的监控日志出发,分析了航班查询系统的故障数与其发生的时间间隔区间的关系,建立了NHPP模型。为了使NHPP模型能够更加准确地反映时间对航班查询系统的故障数的影响,对航班查询系统的寿命总体分布函数F(t)进行贝叶斯估计。当不重复采样时,贝叶斯估计取F(t)的先验分布为DP(α,P0),使得F(t)后验分布容易分析计算,从而使NHPP模型的估计更为精确。利用实际监控数据进行仿真,对模型进行了实现,结果表明了该模型对可靠性评估有较高的准确度。     

基于非等间距的多变量MGM(1,m)模型

针对相互影响的多变量非等间距原始数据序列的模拟颅测问题,对多变量MGM(I,m)模型在非等间距情形下进行建模,建立了非等间距MGM(1,m)模型,以提高模拟颅测精度.心用实例表明了非等间距MGM(1,m)模型较各个变量建立单变量非等间距GM(1,1)模型的模拟预测精度有显著提高.该模型适于等间距和非等间距建模,使非等间...     

基于Volterra 级数并行递推AP 算法的陀螺漂移预测

为了预测某导弹陀螺漂移趋势,以该陀螺漂移角速度时间序列为对象,建立基于Volterra级数的非线性时间预测模型,提出了一种基于Volterra级数的并行递推放射投影AP自适应算法.以系统Volterra核向量增量的模与某约束总和为损失函数,按照最陡下降原理导出各阶Volterra核更新公式;再利用矩阵求逆引理递推求取各阶Volterra子系统自相关逆矩阵导出算法.某导弹实测的陀螺漂移数据预测应用研究表明,该算法运算速度快、预测精度高.     

基于数据驱动的故障诊断方法综述

首先介绍了基于数据驱动的故障诊断方法研究动机和国内外发艘现状.以新的视角将现有故障诊断方法分为基十数据驱动的方法、基十分析模型的方法和基于定性经验的人工智能方法.说明了该方法在整个体系中的地位.并从数据利用及其与基十分析模型的方法比较等方面探讨了该方法的应用背景;然后综述了按照新分类中基于数据驱动故障诊断的现有方法,分...     

状态量化的非线性网络化系统的H-infinity控制

鉴于网络数字通信的特点,研究非线性网络化系统的状态量化反馈H<,∞>控制问题.首先.同时考虑到网络的诱导时延、数据丢包和信号量化,建立闭环系统的采样模型:然后,结合区问时滞分割法,将其转化为状态中附加两个时滞变量的分段连续模糊系统;再利用时滞系统方法和对数壁化器的扇形界格式,对闭环模糊系统进行了H<,∞>性能分析和H<...     

一类仿射型非线性系统智能故障诊断

针对一类仿射型非线性系统,在状态不完全可观测的条件下,研究其智能故障诊断问题.首先,利用微分同胚,提出系统观测器设计问题;然后针对该系统提出基于RBF神经网络逼近故障特性函数的故障诊断方法.所设计的观测器不仅能保证观测器稳定,而且通过观测误差信号识别系统故障的发生,保证了故障检测算法的鲁棒性和故障系统的稳定性;同时该设计方法对于设计常规的高增益观测器有一定帮助.最后通过仿真示例表明了所设计方法的有效性.     

高斯混合粒子PHD 滤波被动测角多目标跟踪

为解决目标数未知或随时间变化的多目标跟踪问题,通常将多目标状态和观测数据表示成随机集形式,并通过递推计算目标状态联合分布的概率假设密度(PHD)来完成.然而,对于被动测角的非线性跟踪问题,PHD无法获得闭合解,为此提出一种新的高斯混合粒子PHD算法.该算法利用高斯混合近似PHD,以避免用聚类确定目标状态,并采用拟蒙特卡罗(QMC)积分方法计算目标状态的预测和更新分布.仿真结果验证了所提出算法的有效性.     

水火电力系统短期优化调度的一种改进粒子群算法

针对水火联调问题,建立满足电量平衡、水量平衡、机组特性及综合利用要求的短期优化调度模型,提出了一种改进粒子群算法(MPSO).MPSO针对粒子群算法易早熟收敛的弊端,引入了变异操作,使粒子以一定的概率向其他粒子个体最好解学习;针对粒子群算法在进化后期多样性受损易陷入局部最优的缺陷,引入了迁徙操作,在种群聚集程度不能容忍时重新生成解空间内均匀分布的粒子.对某典型水火电力系统优化问题的求解结果表明,MPSO比其他方法更有效.     

基于多模态进化Rao-Blackwellized 粒子滤波器的 移动机器人航迹推算系统的故障诊断

针对一类移动机器人航迹推算系统的故障诊断问题, 提出一种多模态进化Rao-Blackwellized 粒子滤波
器(MERBPF) 算法. 为解决由粒子贫乏引起的不一致性问题, 采用交叉与变异种群策略优化, 根据粒子多样性加入扰
动因子. 利用专家规则判定机器人运动状态所对应的MERBPF, 构造复杂逻辑表述方法. 仿真实验结果表明: 在强过
程噪声下, MERBPF 仍具有较高的鲁棒性, 提高了诊断机器人航迹推算系统的准确率.

     

白化权函数已知的区间灰数预测模型

针对传统灰色预测模型无法进行灰数序列预测的缺陷,在白化权函数已知的情况下,通过计算中间层、起(止)点过渡层的面积以及中间层中位线中点的坐标,将区间灰数序列中所蕴含的信息完整地转换成实数序列;然后构建了一种新的区间灰数预测模型.应用分析验证了新模型的有效性及实用性.     

铜转炉吹炼过程熔剂加入量的模糊操作模式挖掘方法

将包含条件参数和需要决策的操作参数组成一个操作模式向量,采用Sugeno模型构造一类基于操作模式的模糊推理系统以进行操作参数的决策.首先利用先验知识对海量数据集进行初步分类;然后采用一种基于模式相似度和相似矩阵的无监督聚类方法来辨识模糊操作模式决策的结构,自动确定模式的数量和模式的值.实例仿真表明,利用该方法进行操作参数优化决策时简便有效,可应用于PS转炉熔剂加入量的优化决策.