故障检测与诊断的模型

故障检测与诊断的模型

摘要：快速、准确的故障检测与诊断离不开有效的系统模型。针对故障检测与

诊断的特点，文章简要介绍了机理建模、知识建模和数据驱动建模三类传统建模

方法，并从不同维度对以上几种建模方法作了比较阐述，同时基于上述各模型的

特点，给出了几种混合建模的思路。

关键词：机理；知识；数据驱动；混合模型

0 引言

故障检测与诊断是一门相对独立的技术。我国在1979 年才初步接触故障检测

与诊断技术，经过30多年的发展，故障检测与诊断技术已在自动驾驶、人造卫星、航天飞机、汽轮发电机组、大型电网系统等重要核心领域得到广泛应用。

目前，故障检测与诊断的模型大致有基于机理的模型、基于知识工程的模型、基于数据驱动的模型，文章将结合各模型的特点重点探讨故障检测与诊断中混合

建模的思路。

1 机理模型

基于机理模型的方法首先需要被诊断系统精确的机理模型，然后利用构造出

来的观测器预估系统的输出值，再将估计值与实际值做差产生残差。当系统运行

正常时，残差应为零或近似于零；当系统出现故障时，残差量会明显超出允许范围。基于机理模型的方法根据残差产生的原因可细分为参数估计法、状态估计法、等价空间法等。参数估计法根据观测数据来辨识系统的动态参数，依据系统参数

与模型参数的差值来判断系统是否出现故障。状态估计法通过对系统的状态进行

重构，通过与可测变量做差生成残差序列，并采用统计检验法从残差序列中把故

障检测出来，前提是系统可观测或者部分可观测，一般用各种状态观测器或滤波

器进行状态估计。等价空间法是通过系统的输入输出真实值来检验系统机理的等

价性，通过确定系统的输入输出间的冗余，实现检测和分离故障的效果。

基于解析模型的故障诊断方法充分体现了过程的内部机理，外延性好。但当

系统过于复杂时无法获取其内部机理的全部信息，具有一定的局限性。

2知识工程模型

基于知识的方法主要是通过相关的经验建立系统的定性模型来解决复杂的故

障诊断问题。基于神经网络、模糊逻辑方法是常用的方法。其中，神经网络因其

具有处理非线性和自学习以及并行计算能力的特点，有利于非线性系统的故障诊断。模糊逻辑由于其概念易于理解，表达上更接近人的思维，适用于复杂的故障

诊断中。

基于知识的方法不需要精确的定量机理模型，其适用于有相关经验和知识的

对象，且诊断的结果易于理解。但是，其最大的缺点是通用性差，必须通过大量

的经验知识才能够建立“知识库”；当系统比较复杂时，很容易出现一种未知故障

会导致误报和漏报的情况。此时，基于知识的方法将不再适用。

3数据驱动模型

基于数据驱动的方法是通过采集系统的输入输出数据，然后分析数据的各种

统计特征，建立过程的数据特征模型。目前，常用的方法有小波分析、神经网络、主成分分析等。小波分析方法是对所采集的信号进行相关处理，处理后的信号中

除去由于输入变化引起的奇异点，剩下的奇异点即为系统可能出现的故障点。神

经网络能够实现自组织、自学习，同时还具有处理非线性、并行、信息分布存储

等能力，这大大提高了故障诊断的效率。主成分分析方法的主要是通过坐标变换

基于MFM的故障诊断模型的研究

基于MFM的故障诊断模型的研究 发表时间：2016-08-25T16:02:40.417Z 来源：《电力设备》2016年第12期作者： 1罗成 2牟春晓 3孙睿 4许潇 5曹东亮 6李雪 [导读] 多级流模型是一种基于目标的层次化、图形化的建模方法，它将真实的物理系统以物质流、能量流、信息流的形式进行抽象。 1罗成 2牟春晓 3孙睿 4许潇 5曹东亮 6李雪艳 （1、2、4、5、6国网山东省电力公司检修公司 264000 ; 国网山东省电力公司东营供电公司 257000） 摘要：多级流模型将复杂系统分解为不同的功能层，相互之间通过完成关系、实现关系和条件关系相连接。本文通过研究MFM中流的基本属性、功能节点分组及MFM的建模方法，建立变电站的MFM模型。 关键字：MFM 故障诊断模型 1. MFM模型 基于多级流模型（Multilevel Flow Models, MFM）的故障诊断方法，是把整个生产过程抽象成广义的“流”，根据生产系统物质流、能量流以及信息流等变化推断故障源[1]。目前，MFM已经成功应用于复杂系统的故障诊断。 2.MFM建模的理论基础 多级流模型是一种基于目标的层次化、图形化的建模方法，它将真实的物理系统以物质流、能量流、信息流的形式进行抽象，然后使用一些特定的图形符号来描述系统过程的目标、功能以及设备单元，从而对系统的生产、运行过程进行建模。 MFM对系统主要进行三个层次的描述：目标、功能、设备元件 [2]。在电力系统中，应用较多的功能节点有：源、目标、传输、存储、平衡、汇、连接节点、观测者、决策者、管理者及操作者等，如图1所示。 图1 常用功能节点 每个功能模型通过流网络以特定的连接关系与一个或多个目标模型连在一起，以完成系统的目标。同样，目标模型也能通过特定的条件关系与一个或多个功能模型连接起来，表明此目标为该功能实现的前提。目标、功能和设备元件之间是多对多的关系，概括起来说，主要有：达成关系、条件关系、实现关系等。 多级流模型的建模思想是把生产过程抽象成广义的“流”，以系统目标与实现目标的功能为模型主体，建立复杂流程工业系统的抽象层次模型。以 “流”作为建模的主线，它主要可分为：能量流、物质流、信息流[3]。 因为多级流建模是一种基于目标与功能的建模方法，子目标的实现是总目标实现的前提条件，所以，可以把大系统分解成若干个子系统。子系统的目标即为子目标，子目标的实现要靠多种功能共同完成。 3.简单电力系统MFM简化模型分析 下面以一个简单电力系统的简化MFM模型为例，说明MFM建模的机理，对MFM的建模过程进行验证。简单电力系统的示意图如图2所示。 图2 简单电力系统示意图 电力系统的供电过程是：发电机发出电能，通过母线输送到线路，然后再通过母线输送到负载。 系统主要由发电机C1、母线C2和C5、线路C4、负载C6和保护C3组成。本文主要以其两个目标进行举例说明：G1是系统的主目标——维持负载正常供电；G2是系统的子目标——为线路提供保护。 电力系统的目标、功能节点及设备元件间的关系如上文分析的是多对多的关系。它们之间的关系主要有：设备元件C1-C6和功能节点Fl-F10间的实现关系，目标G1与功能节点F1-F7间的达成关系，子目标G2与功能节点F4的条件关系以及功能节点间的连接关系。 考虑到实际电力系统的复杂性，可以将电力系统分模块建模，主要的模块有发电机、线路、母线、保护和负载。各个模块的模型如图3所示，这些模块之间可以相互连接，其中母线模块可以根据母线上具体的出现调整出线的多少，保护可以具体到保护的类型。

故障诊断专家系统及其发展

综述与评论 计算机测量与控制.2008.16(9) C omputer Measurement &Control 1217 中华测控网https://www.wendangku.net/doc/d112894860.html, 收稿日期:2008-06-08; 修回日期:2008-07-16。 作者简介:安茂春(1967-),山东莱阳人,副研究员,主要从事测试与故障诊断技术的管理工作。 文章编号:1671-4598(2008)09-1217-03 中图分类号:TP182 文献标识码:A 故障诊断专家系统及其发展 安茂春 (北京系统工程研究所,北京 100101) 摘要:文章对主要的故障诊断专家系统进行了系统的归纳和分类,主要关注故障诊断专家系统在军事领域的应用;重点讨论了基于规则的诊断专家系统、基于模型的诊断专家系统、基于人工神经网络的诊断专家系统、基于模糊推理的诊断专家系统和基于事例的诊断专家系统的技术要点、发展现状、优缺点及其在军事方面的应用;最后,对该学科的发展做出了预测,指出基于多种模型结合的诊断专家系统、分布式诊断专家系统、实时诊断专家系统是今后的发展方向。 关键词:专家系统;故障诊断;军事应用;基于规则推理;建模技术;人工神经网络;模糊推理;基于事例推理 A Survey on Fault Diagnosis Expert Systems An M ao chun (Beijing Institute o f System and Eng ineering ,Beijing 100101,China) Abstract:In this article w e present a s urvey of fault diagnosis expert system s,and categorize them into 5different types according to know ledge organiz ation m ethod and reasoning m ech anis m,w hich are ru le-b as ed fault diagn osis expert system,model-based fault diagnosis ex pert system,n eural netw ork fault diagnosis exp ert sy stem,fuz zy fault diagn osis expert system and cas e-based fault diagn os is expert sys -tem,for each type w e describ e its techn ical pr op erties,curren t status,ad vantag es and disadvantages,and application s in military field.At the end of th is article,w e point out that hybrid model-based,distributed and real-time diagnosis expert sys tems are fu tu re direction s. Key words:ex pert sys tem;fault diagnosis ;military application;rule -b as ed reasoning;modelin g;artificial neural netw or k;fuzzy reasonin g;ease-b as ed reasoning 1 故障诊断专家系统及其分类 专家系统(Ex per t Sy st em,ES)是人工智能技术(A rt if-i cial I ntelligence,A I)的一个重要分支,其智能化主要表现为能够在特定的领域内模仿人类专家思维来求解复杂问题。专家系统必须包含领域专家的大量知识,拥有类似人类专家思维的推理能力,并能用这些知识来解决实际问题。 故障诊断技术是一门应用型边缘学科,其理论基础涉及多门学科,如现代控制理论、计算机工程、数理统计、模糊集理论、信号处理、模式识别等。故障诊断的任务是在系统发生故障时,根据系统中的各种量(可测的或不可测的)或其中部分量表现出的与正常状态不同的特性,找出故障的特征描述并进行故障的检测与隔离。 故障诊断专家系统是将专家系统应用到故障诊断之中,可以利用领域知识和专家经验提高故障诊断的效率[1]。目前专家系统在故障诊断领域的应用非常广泛,如美空军研制的用于飞机喷气发动机故障诊断专家系统XM AN [2],N A SA 与M IT 合作开发的用于动力系统诊断的专家系统,英国某公司为英美军方开发的直升机发动机转子监控与诊断专家系统[3]等,此外在电力、机械、化工、船舶等许多领域中也大量应用了故障诊断专家系统。 根据知识组织方式与推理机制的不同,可将目前常用的故障诊断专家系统大致分为基于规则的诊断专家系统、基于模型 的诊断专家系统、基于人工神经网络的诊断专家系统、基于模糊推理的诊断专家系统和基于事例的诊断专家系统。 2 故障诊断专家系统对比分析 2 1 基于规则的诊断专家系统 在基于规则的诊断专家系统中,领域专家的知识与经验被 表示成产生式规则,一般形式是:if<前提>then<结论>其中前提部分表示能与数据匹配的任何模型,结论部分表示满足前提时可以得出的结论。基于规则的推理是先根据推理策略从规则库中选择相应的规则,再匹配规则的前提部分,最后根据匹配结果得出结论。 基于规则的诊断知识表达方式直观、形式统一,在求解小规模问题时效率较高,并且具有易于理解与实现的优点,因而取得了一定成功。20世纪90年代,国外在军用水压系统、电力供应网络等方面进行了应用。 但是,对于复杂系统,所观测到的症状与对应的诊断之间的联系是相当复杂的,通过归纳专家经验来获取规则有着相当的难度,且诊断时只能对事先预想到的并能与规则前提匹配的事件进行推理,存在知识获取的瓶颈问题。2 2 基于模型的诊断专家系统 在基于模型的诊断专家系统中,领域专家的专业知识包含在建立的系统模型中,这种基于模型的诊断更多地利用系统的结构、功能与行为等知识。相比基于规则的诊断专家系统,这种诊断方式能够处理预先没有想到的情况,并且可能检测到系统存在的潜在故障。这类系统的知识库相对容易建立并且具有一定的灵活性,已应用于航天器动力燃烧系统故障诊断等方面。

电气设备在线监测与故障诊断

网络教育学院 本科生毕业论文（设计） 题目：电气设备在线监测与故障诊断 学习中心： 层次：专科起点本科 专业： 年级：年春/秋季 学号： 学生： 指导教师： 完成日期：年月日

内容摘要 文中分析了电气设备的在线监测和故障诊断，论述了高压断路器、变压器、金属氧化物避雷器、电容型设备在线监测技术，探讨了电气设备在线监测的意义与维修意义，在线监测技术是在被测设备处于运行的条件下，对电气设备的状况进行连续或定时的监测，电气设备的故障诊断的方法，探讨了电气设备的状态监测和故障诊断技术的发展概况和电气设备的在线监测的发出趋势和存在的不足。 关键词：电气设备；在线监测；故障诊断；发展趋势；技术不足

目录 内容摘要 ........................................................................................................................... I 1 绪论 . (1) 1.1 课题的背景及意义 (1) 1.2 国内外研究和发展动态 (1) 1.2.1 在线监测与故障诊断技术发展概况 (1) 1.2.2 在线监测与故障诊断技术发展方向 (2) 1.3 本文的主要内容 (2) 2 电气设备的在线监测 (4) 2.1 概述 (4) 2.2 高压断路器的在线监测 (4) 2.3 变压器的在线监测 (4) 2.4 金属氧化物避雷器的在线监测 (5) 2.5 电容型设备的在线监测 (5) 3 电气设备的故障诊断 (6) 3.1 系统的基本框架 (6) 3.2 故障诊断方法 (6) 3.3 远程故障诊断系统 (7) 4 在线监测和故障诊断技术存在的问题 (8) 4.1 在线监测装置的稳定性 (8) 4.2 在线监测与诊断系统的标准化 (8) 4.3 电气设备剩余寿命预测技术 (9) 5 结论 (10) 参考文献 (11) 附录 (12)

列车检测与故障诊断1

列车检测与故障诊断1 三、主观题(共39道小题) 38. 一个完整的检测过程一般包括：信息的，信号的、，信号的，信号的。 参考答案：提取、转换、存储与传输、显示和记录、分析和处理 39. 检测装置的精度包括度、度和度三个内容。 检测装置的稳定性能包括漂和漂。 参考答案： 精密度、准确度和精确度时漂和温漂。 40. 表示检测系统静态特性的参数主要有、、和等 参考答案：零点偏移量、灵敏度、分辨力和量程 41. 检测系统的动态特性可用数学模型来描述，主要有三种形式：时域中的，复频域中的，频率域中的。 参考答案：微分方程，传递函数，频率特性 42. 隔离放大器就其隔离模式而言分为隔离和隔离两种， 参考答案： 两口三口 43. 隔离放大器的隔离的办法有三种, 、和隔离。 参考答案：光隔离、电容隔离和变压器 44. 隔离放大器在使用时有两种输入模式：输入模式和输入模式。 参考答案： 电流电压 45. 滤波器按处理信号形式分为：滤波器和滤波器。 参考答案： 模拟数字 46. ．滤波器按功能分为：滤波器(LPF)、滤波器(HPF)、滤波器(BPF)、滤波器(BEF)，滤波器。 参考答案：低通、高通、带通、带阻，全通 47. 按电路组成划分，可分为无源滤波器、无源滤波器、有源滤波器、电容滤波器。 参考答案：LC 、RC 、RC 、开关 48. 按传递函数的微分方程阶数划分，可分为滤波器、滤波器、滤

波器。 参考答案：一阶、二阶、高阶 49. 低通滤波器的通带增益Kp一般是指时的增益； 参考答案：ω＝0 50. 高通滤波器的通带增益Kp 是指时的增益； 参考答案：ω→∞ 51. 带通滤波器的通带增益则是指处的增益。 参考答案：中心频率 52. 用来切断和接通模拟量信号传输的器件称为开关。 参考答案：模拟（量） 53. 用来切换多路信号源与一个A/D 转换器之间通路的器件称为。 参考答案：多路模拟开关。 54. A／D转换按转换方式，可分为和两类。 参考答案：直接法和间接法 55. 常用的推理策略有推理、推理和推理。 参考答案：正向、反向、正反向 56. 温度传感器的主要类型有：、、。 参考答案：热电偶、热电阻、集成温度传感器 57. 表示检测系统静态特性的参数主要有、、等。参考答案：零点偏移量、灵敏度、分辨力和量程 58. 表示检测系统静态特性的性能指标有：、、、、、和等。 参考答案：滞差、重复性、线性度、准确度、稳定性、影响系数和输入/输出电阻 59. 仪器放大器增益的设定方法有三种：一是设定增益；二是设定增益；三是设定增益。 参考答案： 外接电阻引脚可编程数字式可编程 60. 反相比例放大器的特点是什么？ 参考答案： 反相比例放大器的特点是： ①输出信号与输入信号反相。 ②电压放大倍数的绝对值可RF/R1以>1，也可以<1。

故障诊断与容错基于模型和基于信号的方法

故障诊断与容错技术概述——第一部分：基于模型和信号的故障诊断技术 引言：随着工业系统复杂性和费用的不断增加，不能容忍性能下降、生产率降低和安全隐患这些必须尽早的检测和识别出异常和故障的存在，并采取实时的故障容错操作尽量降低性能的下降避免危险情况出现。在过去40年里，关于故障诊断和容错技术的丰硕的研究成果被报道出来并应用到各种工程系统中。这三部分的调查目的在于给出实时故障诊断和容错技术的全面的回顾，对过去十年的成果进行重点关注。在本文中，全面回顾关于基于模型和信号处理的故障诊断方法和应用。 关键词：冗余分析；故障容错；基于模型的的故障诊断；实时监测；基于信号的故障诊断； Part I介绍 众所周知，许多工程系统，例如航空发动机、车辆动力学、化学工艺、制造系统、电力网络、电气设备、风力发电转换系统以及工业电子设备是安全关键系统。工业系统对潜在过程异常和部件故障的安全和可靠性的要求不断提升。因此，尽早的检测和识别出任何类型的故障和潜在异常并采取容错操作以降低性能下降避免危险情况的出现十分重要。 故障被定义为系统的至少一个特征属性或参数从可接受的/平常的/标准的状态出现一个不受约束（原文：unpermitted）的偏差。类似的故障例如，执行器阻塞、传感器失效或者一个系统失去连接。因此通常故障常被分为执行器故障、传感器故障以及设备故障（或者称为组件故障或参数故障），这些故障会打断系统的控制器对系统部件的控制行为或者产生大量的测量误差或者直接改变系统的动态输入输出属性，从而导致系统的性能下降甚至使整个系统崩溃或损坏。为了提升所关心系统的可靠性，故障诊断通常通过使用冗余的概念用于监控、定位，并辨识故障，冗余通常可分为硬件冗余和软件冗余(或称为解析冗余)两种。硬件冗余的基本思想是使用相同的输入信号分量，从而使得复制的输出信号可以进行

智能状态监测与故障诊断教程文件

智能状态监测与故障诊断 测控一班 高青春 20091398

第一章 绪论 在现代化的机械设备的生产和发展中，滚动轴承占很大的地位，同时它的故障诊断与监测技术也随着不断地发展，国内外学者对轴承的故障诊断做了大量的研究工作，各种方法与技巧不断产生、发展和完善，应用领域不断扩大，诊断精度也不断提高。时至今日，故障诊断技术己成为一门独立的跨学科的综合信息处理技术，它以可靠性理论、信息论、控制论、系统论为理论基础，以现代测试仪器和计算机为技术手段，总的来说，轴承故障诊断的发展经历了以下几个阶段：第一段：利用通用的频谱分析仪诊断轴承故障。第二阶段：利用冲击脉冲技术诊断轴承故障。第三阶段：利用共振解调技术诊断轴承故障。第四阶段：以计算机为中心的故障诊断。 国外的滚动轴承的故障诊断与监测技术要先于中国，而且这项技术的发展趋势啊已经趋向智能化状态，因为它机械化迅速，技术和设备都比较先进些，目前的技术也比较完善。但是总体来看，这其中的距离在不断拉近，我们相信不久的将来，中国也会使机械完善大国，也会完善和提高技术的精密度和准确度。【2】【3】

1.1轴承监测与故障诊断的意义 滚动轴承是机械各类旋转机械中最常用的通用零件部件之一，也是旋转机械易损件之一，在机械生产中的作用不可取代，据统计旋转机械的故障有30%是由轴承故障引起的,它的好坏对机器的工作状态影响极大,轴承的缺陷会导致机器剧烈振动和产生噪音,甚至会引起设备的损坏,因此,对重要用途的轴承进行状态监测与故障诊断是非常必要的【3】而且，可以生产系统的安全稳定运行和提高产品质量的重要手段和关键技术，在连续生产系统中，如果某台设备因故障而不能继续工作，往往会影响全厂的生产系正常统运行，从而会造成巨大的经济损失，甚至可能导致机毁人亡的严重后果。未达到设计寿命而出现故障的轴承没有被及时的发现，直到定期维修时才被拆下来报废，使得机器在轴承出现故障后和报废前这段时间内工作精度降低，或者未到维修时间就出现严重故障，导致整部机器陷于瘫痪状态。因此，进行滚动轴承工作状态及故障的早期检测与故障诊断，对于设备安全平稳运行具有重要的实际意义。【14】 1.2滚动轴承故障的分类: 滚动轴承的故障多种多样，有生产过程中产生的也有使用过程中后天造成一系列故障，其失效形式有： 1.2.1疲劳剥落: 指滚动体或滚道表剥落或脱皮在表面上,形成不规则 凹坑等甚至会一定深度下形成能裂纹，继扩展到接触表面发生剥落坑，最后大面积剥落，造成失效。【12】

在线监测与故障诊断

河海大学物联网工程学院 在线监测与故障诊断 学习报告 授课班号 专业 学号 学生姓名 指导教师

目录 一：在线监测 1.1 相关概念 (3) 1.2 在线监测系统的构成 (4) 1.3 在线监测系统的分类 (5) 二：故障诊断 2.1 相关概念 (5) 2.2 故障诊断系统的分类 (6) 2.3 故障诊断技术的发展历程 (7) 2.4 常用的故障诊断算法 (7) 三：相关应用及其未来展望 (10)

一：在线监测 1.1 相关概念 1.1.1 状态监测 对运转中的设备整体或其零部件的技术状态进行检查鉴定，以判断其运转是否正常，有无异常与劣化征兆，或对异常情况进行追踪，预测其劣化趋势，确定其劣化及磨损程度等，这种活动就称为状态监测（Condition Monitoring）。状态检测的目的在于掌握设备发生故障之前的异常征兆与劣化信息，以便事前采取针对性措施控制和防止故障地发生，从而减少故障停机时间与停机损失，降低维修费用和提高设备有效利用率。 对于在使用状态下的设备进行不停机或在线监测，能够确切掌握设备的实际特性有助于判定需要修复或更换的零部件和元器件，充分利用设备和零件的潜力，避免过剩维修，节约维修费用，减少停机损失。特别是对自动线、程式、流水式生产线或复杂的关键设备来说，意义更为突出。 1.1.2 设备状态监测的分类 设备状态监测按其监测的对象和状态量划分，可分为两方面的监测： ①机器设备的状态监测。指监测设备的运行状态，如监测设备的振动、温度、油压、油 质劣化、泄漏等情况。 ②生产过程的状态监测。指监测由几个因素构成的生产过程的状态，如监测产品质量、 流量、成分、温度或工艺参数量等。 上述两方面的状态监测是相互关联的。例如生产过程发生异常，将会发现设备的异常或导致设备的故障；反之，往往由于设备运行状态发生异常，出现生产过程的异常。 设备状态监测按监测手段划分，可分为两类型的监测： ①主观型状态监测。即由设备维修或检测人员凭感官感觉和技术经验对设备的技术状态进行检查和判断。这是目前在设备状态监测中使用较为普及的一种监测方法。由于这种方法依靠的是人的主观感觉和经验、技能，要准确的做出判断难度较大，因此必须重视对检测维修人员进行技术培训，编制各种检查指导书，绘制不同状态比较图，以提高主观检测的可靠程度。

故障检测与诊断的模型

故障检测与诊断的模型 发表时间：2017-08-01T11:15:27.483Z 来源：《电力设备》2017年第9期作者：陈明庆 [导读] 摘要：快速、准确的故障检测与诊断离不开有效的系统模型。针对故障检测与诊断的特点，文章简要介绍了机理建模（南京理工大学江苏南京 210094） 摘要：快速、准确的故障检测与诊断离不开有效的系统模型。针对故障检测与诊断的特点，文章简要介绍了机理建模、知识建模和数据驱动建模三类传统建模方法，并从不同维度对以上几种建模方法作了比较阐述，同时基于上述各模型的特点，给出了几种混合建模的思路。 关键词：机理；知识；数据驱动；混合模型 0 引言 故障检测与诊断是一门相对独立的技术。我国在1979 年才初步接触故障检测与诊断技术，经过30多年的发展，故障检测与诊断技术已在自动驾驶、人造卫星、航天飞机、汽轮发电机组、大型电网系统等重要核心领域得到广泛应用。 目前，故障检测与诊断的模型大致有基于机理的模型、基于知识工程的模型、基于数据驱动的模型，文章将结合各模型的特点重点探讨故障检测与诊断中混合建模的思路。 1 机理模型 基于机理模型的方法首先需要被诊断系统精确的机理模型，然后利用构造出来的观测器预估系统的输出值，再将估计值与实际值做差产生残差。当系统运行正常时，残差应为零或近似于零；当系统出现故障时，残差量会明显超出允许范围。基于机理模型的方法根据残差产生的原因可细分为参数估计法、状态估计法、等价空间法等。参数估计法根据观测数据来辨识系统的动态参数，依据系统参数与模型参数的差值来判断系统是否出现故障。状态估计法通过对系统的状态进行重构，通过与可测变量做差生成残差序列，并采用统计检验法从残差序列中把故障检测出来，前提是系统可观测或者部分可观测，一般用各种状态观测器或滤波器进行状态估计。等价空间法是通过系统的输入输出真实值来检验系统机理的等价性，通过确定系统的输入输出间的冗余，实现检测和分离故障的效果。 基于解析模型的故障诊断方法充分体现了过程的内部机理，外延性好。但当系统过于复杂时无法获取其内部机理的全部信息，具有一定的局限性。 2知识工程模型 基于知识的方法主要是通过相关的经验建立系统的定性模型来解决复杂的故障诊断问题。基于神经网络、模糊逻辑方法是常用的方法。其中，神经网络因其具有处理非线性和自学习以及并行计算能力的特点，有利于非线性系统的故障诊断。模糊逻辑由于其概念易于理解，表达上更接近人的思维，适用于复杂的故障诊断中。 基于知识的方法不需要精确的定量机理模型，其适用于有相关经验和知识的对象，且诊断的结果易于理解。但是，其最大的缺点是通用性差，必须通过大量的经验知识才能够建立“知识库”；当系统比较复杂时，很容易出现一种未知故障会导致误报和漏报的情况。此时，基于知识的方法将不再适用。 3数据驱动模型 基于数据驱动的方法是通过采集系统的输入输出数据，然后分析数据的各种统计特征，建立过程的数据特征模型。目前，常用的方法有小波分析、神经网络、主成分分析等。小波分析方法是对所采集的信号进行相关处理，处理后的信号中除去由于输入变化引起的奇异点，剩下的奇异点即为系统可能出现的故障点。神经网络能够实现自组织、自学习，同时还具有处理非线性、并行、信息分布存储等能力，这大大提高了故障诊断的效率。主成分分析方法的主要是通过坐标变换将数据从高维空间映射到低维空间，建立正常情况下的主成分模型，当实测信号偏离所建模型时即可判断系统出现异常。 基于数据驱动的方法不必像基于机理模型那样需要过程的模型或先验知识只需对过程数据进行处理与分析，简单方便，实时性好，实用性强。但是数据模型的内插性及外延性较差，无法获取大量的各种状态下的过程数据。 4 混合模型 基于机理与基于数据驱动模型相结合的混合建模技术既能保证模型有明确的物理意义，又能保证模型具有较高的精度[6]。

基于模型的执行器故障诊断

第41卷第10期2007年10月 浙 江 大 学 学 报(工学版) Journal o f Zhejiang U niv ersity (Engineer ing Science) Vol.41No.10Oct.2007 收稿日期:2007-07-30. 浙江大学学报(工学版)网址:w w w.journals.z https://www.wendangku.net/doc/d112894860.html,/eng 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60774031). 作者简介:尚群立(1964-),男,陕西武功人,教授,从事智能仪表,鲁棒控制理论及应用等工作.E mail:qlshang@sin https://www.wendangku.net/doc/d112894860.html, 基于模型的执行器故障诊断 尚群立,孙 黎,吴海燕 (杭州电子科技大学自动化学院,浙江杭州310018) 摘 要:为依据执行器的动态特性分析,实现执行器设备故障的在线诊断与分离,在机理分析的基础上建立起执行器完整的非线性动态数学模型,由执行器工作过程中的实测信号和模型计算获得残差实现故障的在线诊断,通过残差的变化及其组合情况分析完成故障分离.实验结果表明,利用动态机理模型计算得到的阀位、薄膜气室压力的理论计算值和实测值进行残差分析,可以准确及时地诊断与分离出如阀体阻塞、填料函磨擦力增大、薄膜或气路接头破损、气源压力下降、弹簧老化等执行器主要的内在故障.关键词:数学模型;故障残差;执行器 中图分类号:T P277 文献标识码:A 文章编号:1008-973X(2007)10-1660-04 Model based actuator fault diagnosis SHAN G Q un li,SU N Li,WU Hai yan (School of A utomation,H angz hou D ianz i Univ er sity ,H angz hou 310018,China) Abstract:Online actuator fault diag no sis and separation w ere r ealized based o n dynam ic characteristics analysis and com plete no nlinear dynamic models for actuato rs w ere co nstructed based on mechanical analy sis.The o nline fault diag no sis w as r ealized by using the fault residuals obtained from the measured actua to r signals and the mo del calculation v alues,then the fault separatio n w as perfo rmed through analyzing the varieties of the residuals and its combination.The ex perimental results sho w that through analy zing the re siduals of valve stem displacement and pressure value m ain faults can be accurately and tim ely diagnosed and separated,such as valve blo ckage,fr ictio n enlarg e,diaphragm leakag e,supply pressure dro p and spring aging. Key words:mathem atical model;fault residual;actuator 检测仪表、DCS 控制系统、执行器三类工业自动化仪表的技术水平已成为流程工业发展的决定性因素之一,并深刻地影响着生产的质量、效率、安全和环保等.以控制阀和执行机构为主体、以阀门定位器为核心控制部件的执行器,通过调节介质流量来控制工艺参数,是整个自动化系统中必备且重要的终端执行仪表,其对控制系统调节品质的优劣、安全平稳运行具有很大的影响. 执行器安装在生产现场,由于高温、高压/高压差、振动、腐蚀性或在有悬浮颗粒或纤维介质的环境 下工作,执行器各部件会出现故障,这可能会导致出现有毒介质泄漏等严重安全事故、或不动作导致停产等生产事故,所以执行器设备故障在线诊断对整个自动化控制系统的可靠性非常重要.而故障诊断 由于不能安装在线检测传感器,主要依据执行器的动态特性分析. 本文研究了基于流体力学和热力学原理建立的描述执行器气动定位系统动态特性的数学模型,并通过模型计算以及实测获得故障残差,实现故障检测,进一步通过对残差的分析,进行故障分离.

(完整word版)电力设备在线监测与故障诊断

电力设备在线监测与故障诊断 第一章： 1、预防性维修的局限性。P2-3 a)经济角度分析：定期试验和大修均需停电，引起电量损失；定期大修和更换部件的 投资，造成巨大的人、财、物的浪费。 b)技术角度分析：试验条件不同于运行条件，多数项目是在低电压下进行检查，很可 能发现不了绝缘缺陷和潜在的故障；绝缘的劣化、缺陷的发展有一定的潜伏和发展 时间，而预试是定期进行的，常常不能及时准确地发现故障，从而出现漏报、误报 或早报。 2、状态维修的具体内容及必要性。P3 具体内容：对运行中电气设备的绝缘状况进行连续的在线监测，随时获得能反映绝缘状态变化的信息。 必要性：预防性维修存在一定的局限性（内容同1），同时状态维修还具有以下优点：可更有效地使用设备，提高利用率；降低备件的库存量以及更换部件与维修所需的时间；有目标地进行维修，可提高维修水平，使设备运行更安全、可靠；可系统地对设备制造部门反馈的质量信息，用以提高产品的可靠性。 3、在线监测系统的技术要求。P7 1）系统的投入和使用不应改变和影响电气设备的正常运行； 2）系统应能自动地连续进行监测、数据处理和存储； 3）系统应具有自检和报警功能； 4）系统应具有较好的抗干扰能力和合理的检测灵敏度； 5）监测结果应具有较好的可靠性和重复性以及合理的准确度； 6）系统应具有在线标定其监测灵敏度的功能； 7）系统应具有故障诊断功能。 第二章： 1、监测系统可由哪些基本部分组成,在线监测系统组成框图及整个监测系统可归纳为哪些子系统？P9-10 信号的变送、信号的处理、数据采集、信号的传输、数据处理、诊断。 可归纳为三个子系统：信号变送系统、数据采集系统、处理和诊断系统。 2、监测系统的分类。P10（分别按使用场所分，按监测功能分，按诊断方式分） 根据使用场所分为便携式和固定式，根据监测功能可分为单参数和多参数，按诊断方式可分

电气设备状态监测与故障诊断word版本

电气设备状态监测与故障诊断 1 前言 1.1 状态监测与故障诊断技术的含义 电气设备在运行中受到电、热、机械、环境等各种因素的作用，其性能逐渐劣化，最终导致故障。特别是电气设备中的绝缘介质，大多为有机材料，如矿物油、绝缘纸、各种有机合成材料等，容易在外界因素作用下发生老化。电气设备是组成电力系统的基本元件，一旦失效，必将引起局部甚至广大地区的停电，造成巨大的经济损失和社会影响。 “监测”一词的含义是为了特殊的目的而进行的注视、观察与校核。设备的状态监测是利用各种传感器和测量手段对反映设备运行状态的物理、化学量进行检测，其目的是为了判明设备是否处于正常状态。“诊断”一词原是一医学名词，指医生对收集到的病人症状（包括医生的感观所感觉到的、病人自身主观陈述以及各种化验检测所得到的结果）进行分析处理、寻求患者的病因、了解疾病的严重程度及制订治疗措施与方案的过程。设备的“故障诊断”借用了上述概念，其含义是指这样的过程：专家根据状态监测所得到的各测量值及其运算处理结果所提供的信息，采用所掌握的关于设备的知识和经验，进行推理判断，找出设备故障的类型、部位及严重程度，从而提出对设备的维修处理建议。简言之，“状态监测”是特征量的收集过程，而“故障诊断”是特征量收集后的分析判断过程。 广义而言，“诊断”的含义概括了“状态监测”和“故障诊断”：前者是“诊”；后者是“断”。 1.2 状态监测与故障诊断技术的意义 电气设备特别是大型高压设备发生突发性停电事故，会造成巨大的经济损失和不良的社会影响。提高电气设备的可靠性，一种办法是提高设备的质量，选用优质材料及先进工艺，优化设计，合理选择设计裕度，力求在工作寿命内不发生故障。但这样会导致制造成本增加。此外，设备在运行中，总会逐渐老化，而大型设备不可能象一次性工具那“用过即丢”。因此，另一方面，必须对设备进行必要的检查和维修，这构成了电力运行部门的重要工作内容。 早期是对设备使用直到发生故障，然后维修，称为事故维修。但是，如前所

故障诊断技术研究及其应用

故障诊断技术研究及其应用 1 引言 以故障为研究对象是新一代系统可靠性理论研究的重要特色，也是过程系统自动化技术从实验室走向工程的重要一环。最近二十多年来，以故障检测、故障定位、故障分离、故障辨识、故障模式识别、故障决策和容错处理为主要内容的故障诊断与处理技术，已成为机械设备维护、控制系统系统可靠性研究、复杂系统系统自动化、遥科学、复杂过程的异变分析、工程监控和容错信号处理等领域重点关注和广泛研究的问题。 诊断(Diagnostics)一词源于希腊文，含义为鉴别与判断，是指在对各种迹象和症状进行综合分析的基础上对研究对象及其所处状态进行鉴别和判断的一项技术活动[1]。故障诊断学则是专门以考察和判断对象或系统是否存在缺陷或其运行过程中是否出现异常现象为主要研究对象的一门综合性技术学科。它是诊断技术与具体工程学科相结合的产物，是一门新兴交叉学科。故障诊断与处理技术，作为一门新兴技术学科，可划分为如下三个不同的研究层次： (1) 以设备或部件为研究对象，重点分析和诊断设备的缺陷、部件的缺损或机械运转失灵，这通常属于设备故障诊断的研究范畴； (2) 以系统为研究对象，重点检测和分析系统的功能不完善、功能异常或不能够完成预期功能，这属于系统故障检测与诊断的研究范畴； (3) 以系统运行过程为研究对象，考察运行过程出现的异常变化或系统状态的非预期改变，这属于过程故障诊断的研究范畴。 概而言之，故障诊断研究的是对象故障或其功能异常、动作失败等问题，寻求发现故障和甄别故障的理论与方法。无论是设备故障诊断、系统故障诊断还是过程故障诊断，都有着广泛的研究对象、实在的问题背景和丰富的研究内容。本文将从故障诊断与处理技术的研究内容、典型方法和应用情况等三个方面，对故障诊断及相关技术的发展状况做一综述，同时简要指出本研究方向的若干前沿。 2 故障诊断与处理的主要研究内容 故障诊断与处理是一项系统工程，它包括故障分析、故障建模、故障检测、故障推断、故障决策和故障处理等五个方面的研究内容。 2.1 故障分析 故障是对象或系统的病态或非常态。要诊断故障，首先必须对故障与带故障的设备、系统、过程都有细致分析和深入研究，明确可能产生故障的环节，故障传播途径，了解故障的典型形式、表现方式、典型特征以及故障频度或发生几率，结合对象的物理背景了解故障产生的机理、故障关联性和故障危害性。 常用的故障分析方法有对象和故障环节的机理分析法、模拟法、数值仿真或系统仿真法和借助数学模型的理论分析法等。 2.2 故障建模 模型分析是现代分析的基本方法，对复杂对象的故障诊断同样具有重要应用价值。为了定量或定性地分析故障、诊断故障和处理故障，建立故障的模型和带故障对象的模型是十分

故障检测与诊断

基于故障树分析法的轮胎异常磨损诊断系统 1.1轮胎异常磨损的故障机理 1.1.1轮胎异常磨损故障模式 本文所涉及到的故障模式主要依据江淮汽车(FCO3)轮胎异常磨损的调研情况,并经分析总结及专家考证得出。江淮HFC6703KY汽车轮胎异常磨损可分为以下9种模式: ①单点块状磨损 胎冠上发生早期磨损的部位呈单个点状或小块状分布。 ②对称多点块状磨损 胎冠上发生早期磨损的部位呈多点块状,并且相对于轮胎的中心线呈对称分布状。 ③两侧胎肩磨损 两侧胎肩的早期磨损量明显比胎冠上的大。 ④胎冠第二道花纹磨损 胎冠第二道花纹处的磨损比其它部位明显,一般为子午线胎特有的一种异常磨损形式。 ⑤胎冠均匀磨损 胎冠磨损较均匀,但汽车行驶里程明显远离规定里程。 ⑥胎冠胎肩波浪或碟边状偏磨损 胎冠胎肩的磨损呈波浪状或碟边形。 ⑦胎冠胎肩均匀偏磨损 胎冠和胎肩的一边比另一边磨损量大,磨损呈均匀状分布。 ⑧胎冠胎肩秃斑偏磨损 单侧胎冠胎肩部位呈秃斑状磨损,即有的部位磨损量较大,有的部位只有轻微的磨痕,并且呈零乱分布。 ⑨胎肩开裂 胎肩上有明显的裂口或撕裂处。 1.1.2轮胎异常磨损的影响因素

轮胎异常磨损的影响因素很多,主要涉及到汽车设计阶段的参数选用、制造工艺保障、使用维修措施等方面,具体分析如下： （1）前轮定位参数前轮定位参数在讨论轮胎异常磨损中致关重要。在车辆前束过大时,路面作用于轮胎的切向力位于轮胎外侧,如图4一1(a)所示,因此胎面外侧比内侧磨损量大。而当车轮外倾角过大时,地面的垂直作用力相对集中于轮胎内侧,轮胎内侧比外侧的磨损量大。如图4一1（b）所示。 (2)气压 充气压力对轮胎寿命的影响主要体现在以下几个方面: ①轮胎的气压越低,其侧偏刚度越小,在一定横向力作用下其滑移角越大,因此磨损越大。 ②较低的气压可使轮胎与路面间的实际接触面积增大,降低胎面上的平均接触压力,可减少磨损。但低气压在增加接触面积的同时,也增加了轮胎与路面间接触区域的长度,从而加大了轮胎的希思科滑移,使轮胎磨损加剧。 ③如果轮胎气压过高,则轮胎的胎冠部将明显突出,使胎冠部的磨损加剧。相反,如果轮胎的气压过低,则由于胎侧刚度的影响,胎肩部的压强将增大,而胎冠部的压强将减小,从而使胎肩部的磨损加剧,而胎冠部的磨损减轻。 ④低气压的轮胎在滚动时将使轮胎橡胶产生较大的弹性变形,从而使轮胎的弹性滞后损失增加,发热加剧,导致轮胎早期的疲劳破坏。 (3)速度 速度主要是通过下面两个方面来影响轮胎的磨损。

电气系统的故障检测与诊断方式

电气系统的故障检测与诊断方式 1.利用感官进行诊断 （1）利用观看进行诊断电气系统故障 如果电气设备出现问题之后，一般会冒出白、黑与黄的烟。如果所冒的烟为白色，说明电气设备由于受潮出现了故障，受热之后出现蒸汽，利用烘干除潮的方法进行故障处理；如果冒的烟为黑色，一般情况下是电气设备受损，出现了设备绝缘烧坏的情况；如果冒的烟为黄色，说明电气设备出现了过热的情况，电气设备的绝缘物块炭化的过程中出现黄烟。 （2）利用耳听进行诊断电气系统故障 利用声音对电气故障进行检查是非常重要的手段之一。铁芯周围有线圈的话在通电之后就会发出声音，如果发出的声音比较均匀而轻微，则说明电气设备工作正常；如果发现的声音比较强烈，一会大一会小，说明了电流的变化比较急剧，电气设备就可能出现故障；如果发出的声音为“滋滋”的声音，则可能出现短路或者接触不良的情况；如果发出的声音为强有力的发电的声音，则说明电气设备中的带电的元件可能出现了烧熔甚至烧断的情况。 （3）利用手摸进行诊断电气系统故障

通过对电气设备外壳进行手摸来进行故障隐患的诊断。将手放置在电气设备外壳上，如果烫的难受就说明了电气设备表面的温度已经超过的了50℃，而电气设备内部的温度要比表面高15℃作用，超过了发电机与电动机允许的60℃的范围，一旦出现过热之后会加剧绝缘老化，缩短电气设备的使用寿命。 2.短路与断路检测方法 （1）利用电压表进行检测断路情况利用电压表对电路的断路情况进行检测。将电压表两个接线柱中的其中一个连接发动机或者车架，另一方面连接测试棒，开关接通之后按照顺序逐渐检测。如果电压正常说明电路正常，如果电压没指示则说明出现了断路。 （2）利用试灯进行检测断路情况 利用试灯对电路的断路情况进行检测。将夹子夹在发动机上，开关接通之后，将测试棒从蓄电池到用电设备方向依次进行检测，试灯亮的话则说明电路没有问题，试灯如果不亮则说明电路出现断路。 （3）电源短路检测方法 对电源出现的短路情况进行检测，如果开关接通之后出现保险丝熔断的情况则说明电路出现了短路的情况。要通过电源短路接法对短路的部位进行检测，从蓄电池中引出火线以此对设备进行检查，通用点设备的反应确定短路的部位。

2020年高压开关柜的在线监测与故障诊断技术

( 安全技术 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 2020年高压开关柜的在线监测 与故障诊断技术 Technical safety means that the pursuit of technology should also include ensuring that people make mistakes

2020年高压开关柜的在线监测与故障诊断 技术 高压开关柜是电力系统中非常重要的电气设备。现代电力系统对电能质量的要求越来越高，相应地对高压开关柜的可靠性也提出了更高的要求。同时，随着传感器技术、信号处理技术、计算机技术、人工智能技术的发展，使得对开关柜的运行状态进行在线监测，及时发现故障隐患并对累计性故障做出预测成为可能。它对于保证开关柜的正常运行，减少维修次数，提高电力系统的运行可靠性和自动化程度具有重要意义。 高压开关柜分户内式和户外式两种，10kV及以下多采用户内式，根据一次线路方案的不同，可分为进出线开关柜、联络开关柜、母线分段柜等。10kV进出线开关柜内多安装少油断路器或真空断路器，断路器所配的操动机构多弹簧操动机构或电磁操动机构，也有配手

动操动机构或永磁操动机构的。不同的开关柜在结构上有很大的差别，这将影响到传感器的安装和选择。 1.高压开关柜的故障表现及其原因 调查统计表明，高压开关柜的故障主要有以下几类： （1）拒动、误动故障：这种故障是高压开关柜最主要的故障，其原因可分为两类：一类是因操动机构及传动系统的机械故障造成；另一类是因电气控制和辅助回路造成。 （2）开断与关合故障：这类故障是由断路器本体造成的，对少油断路器而言，主要表现为喷油短路、灭弧室烧损、开断能力不足、关合时爆炸等。对于真空断路器而言，表现为灭弧室及波纹管漏气、真空度降低、切电容器组重燃、陶瓷管破裂等。 （3）绝缘故障：表现为外绝缘对地闪络击穿,内绝缘对地闪络击穿，相间绝缘闪络击穿，雷电过电压闪络击穿，瓷瓶套管、电容套管闪络、污闪、击穿、爆炸，提升杆闪络，ＣＴ闪络、击穿、爆炸，瓷瓶断裂等。 （4）载流故障：7.2～12ｋＶ电压等级发生载流故障主要原因