基于中心损失的条件生成式对抗网络的冷水机组故障诊断

针对冷水机组产生的故障数据不足,数据集中正常数据和故障数据数量不平衡,进而导致故障诊断精度下降的问题,提出一种基于中心损失的条件生成式对抗网络(central loss conditional generative adversarial network,CLCGAN)和支持向量机(support vector machine,SVM)的故障诊断方法。首先,CLCGAN利用少量真实故障数据生成新的故障数据;然后,将生成的故障数据与初始数据集混合,使正常数据与故障数据的数量达到平衡;最后,利用平衡数据集构建SVM模型进行故障诊断。在GAN生成冷水机组故障数据时,构建动态中心损失项并加入到目标函数中,利用动态的中心损失减少冷水机组生成的各种故障数据的类内距离,从而降低各个故障生成数据之间的重叠程度,增加生成数据的可靠性。在生成故障数据之前配置相应的故障标签,并输入到CLCGAN中指导数据生成过程,使生成的故障数据可以均衡地分布于各个故障类别。在ASHRAE 1043-RP数据集上对所提方法进行了验证,结果表明,相较于其他解决数据不平衡问题的故障诊断方法,所提方法具有更高的故障诊断准确率。     

基于形态学多重分形的风电机组轴承故障诊断

针对风电机组滚动轴承振动信号通常具有非线性和低信噪比的特点,提出一种基于形态学多重分形（morphological multi?fractal, 简称MMF）和改进的灰色关联分析（improved grey relational analysis, 简称IGRA）的滚动轴承故障诊断方法。首先,通过信号质量指数研究了轴承振动信号的多重分形特性;其次,利用形态学方法计算轴承各种状态广义维数与多重分形谱的参数,并分析了各个参数对轴承运行状态的反映能力,选取能够有效区分轴承状态的参数作为故障特征量;然后,引入离差最大化加权对经典的灰色关联模型进行改进,提升了信息的利用率以及模型的可靠性;最后,利用改进的灰色关联分析实现了滚动轴承的故障诊断。通过仿真分析和应用实例对该方法的有效性进行验证,结果表明该方法能准确识别轴承故障类型,较传统方法准确率更高,运算时间更短,适合解决实际工程问题。     

一种新型可变径管道机器人的结构设计与控制实现

基于ATmega128单片机的管道探测机器人系统,包括硬件系统设计以及软件程序实现。为满足不同工业环境的需要,设计了无线与RS485总线两套通信方案进行人机交互控制系统与单片机的通信。独特的变径结构可以让机器人适应不同管径的管道,配合高效的电池切换算法,可以使其更好的适应工业环境。为了观察管道内部信息,安装了一个可360°旋转的摄像头,将管道内部画面实时传送给上位机。     

基于小波PLS的风电功率预测

风电场输出功率预测对接入大量风电的电力系统运行具有重要意义。针对风电的间歇性和波动性,以及传统物理方法预测精度低,提出了物理方法和小波PLS相结合的风电功率预测算法。该方法可较好地实现数据去噪和样本预处理,并可对输入因素进行成分提取,对因变量有较好的解释能力,且有利于提高风电功率的预测精度。最后通过某风场的实际运行数据对该算法进行了验证,将其他预测模型的预测结果与物理方法和小波PLS的组合预测结果进行了对比,结果表明文章预测法方精度更高,效果更好。     

风电机组健康状态预测中异常数据在线清洗

风电机组数据采集与监视控制系统(SCADA)运行数据中含有大量异常数据,对风电机组健康状态预测影响严重,为此针对实测风速-功率、转速-功率数据,提出一种异常数据在线清洗方法.由于机组性能退化过程中数据特征趋于复杂,基于经验Copula-互信息(ECMI)选择关键特征参量作为数据清洗对象,并基于Copula建立置信等效功率区间描述其非线性与不确定性.针对置信边界外的堆积点和离群点,结合其时序特征与密度分布建立Copula数据清洗模型(Copula-TFDD),依次进行在线清洗.最后,基于实际数据与人工模拟数据分析模型的精度、运算效率以及对机组健康状态预测的影响表明,Copula-TFDD能准确并实时地识别各类异常数据,有效提升风电机组健康状态预测的性能.     

基于多约束DTW的MPCA间歇过程监测方法

针对间歇过程固有的批次不等长问题,也为了克服传统解决批次间同步问题方法存在的数据浪费、扭曲原始过程变量的自相关及交叉相关关系的严重缺陷,提出基于多约束的动态时间规整(dynamic time warping,DTW)方法,按照轨迹中点与点的模式进行动态匹配解决的同步问题.同时,引入了全局路径限制和失真度阈值限制对DTW方法进行改进,解决了传统DTW方法长时间运行造成的故障监测严重滞后的问题,同时克服了其处理过程的复杂性与其离线性导致其实际应用的困难.用多向主元分析(multiway principal component analysis,MPCA)方法将多约束DTW处理过的数据进行建模.将该方法应用到青霉素发酵过程仿真实验中,结果表明:该方法能够快速准确地对不等长批次进行规整,与传统方法相比,故障的误报率、漏报率明显降低.     

一种提高微生物发酵单位的新优化控制策略

为了提高微生物发酵单位,提出了支持向量机（SVM）与基于实数编码遗传算法（RGA）相互耦联的优化控制策略。为解决发酵参数之间的耦合问题,进一步引入了模式的概念。SVM建立微生物发酵过程的预估模型,RGA以此模型为适应度函数计算最优控制模式。此策略应用于青霉素发酵过程的优化控制,效价比没有实施优化控制策略的生产结果提高了22.88％。     

基于增强型形态学滤波的风电机组轴承故障诊断方法

风电机组滚动轴承振动信号微弱故障特征易被背景噪声和其他频率干扰,提取难度较大。针对此类问题,提出一种增强型的形态学滤波及故障诊断方法。算法构造了一种新的形态学综合顶帽变换(morphological comprehensive filter-hat transform,MCFHT),将其用于强背景噪声下目标信号的故障脉冲提取,并通过非线性滤波器幅频响应考察其滤波性质,为振动检测中故障脉冲的提取提供理论依据;针对MCFHT变换滤波尺度选择问题,通过分析原振动信号自身振动特性,给出了一种自适应的尺度计算策略,有效提高了滤波处理的效率和性能;提出一种改进的包络导数能量算子用于增强形态学滤波后信号中故障冲击特征,并滤除带内噪声频率。仿真信号与风电机组轴承实际故障信号实验结果表明,该方法能有效提取随机噪声和谐波干扰下的故障特征信息,滤波效果强于传统方法,具有较好的工程应用价值。     

基于核二次互信息的发酵过程质量预测模型

为提高对发酵过程中质量变量的预测精度,解决发酵数据非线性的问题,提出一种基于核二次互信息回归的质量预测模型.将非线性过程数据核映射至高维特征空间,使其线性可分;基于高维特征空间,使用Renyi二次熵与二次互信息定义目标函数提取过程特征,建立过程特征与质量变量间的回归模型;二次互信息可衡量变量间的非线性关系.仿真实验及大肠杆菌发酵生产数据的实验结果表明,该方法具有较高质量预测精度,对非线性数据有较强处理能力.     

基于批次图像化的卷积自编码故障监测方法

针对间歇过程的非线性、多阶段性等特点及其三维数据形式,提出基于批次图像化的卷积自编码故障监测方法.首先,将每个批次数据看作一个灰度图,每个批次中数据变化可以看作图片的纹理变化,利用卷积自编码器(convolutional autoencoder,CAE)直接对间歇过程三维数据进行特征提取,避免三维数据展开成二维时导致的信息丢失,无需分阶段充分考虑批次全局信息,有效提取过程变量相关关系的动态变化;同时,利用卷积操作提取局部特征信息,自编码网络可以解决非线性问题,实现特征的无监督学习;然后,使用一类支持向量机(one-class support vector method, OCSVM)描述特征分布,构造新的统计量,确定控制限,实现故障监测;最后,通过将该方法应用到Pensim仿真平台及重组人粒细胞集落刺激因子发酵的实际生产数据,验证所提方法的准确性和有效性.