【硕士论文】基于神经网络的传感器故障诊断仿真与实验研究.pdf

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1、上海交通大学硕士学位论文基于神经网络的传感器故障诊断仿真与实验研究姓名：曹曦申请学位级别：硕士专业：动力机械及工程指导教师：苏明;黄善衡2001.2.1上海交通大学硕士研究生论文基于神经网络的传感器故障诊断仿真和实验研究摘要艋现代控制工程中，传感器的作用是十分重要的，特别是处于闭环控制回路中的传感器，它的工作状态直接关系到设备能否正常运行。由于传感器故障而引发的重大事故也时有发生，因此传感器故障诊断的研究具有重大的现实意义。随着科学技术的发展，在热动力系统中传感器的使用越来越多。火力发电机组的自动控制已从使用模拟式仪表发展为以微处理器和计算机为中心的分散式控制系统。随着控

2、制方式的改变，传感器的使用大量增加了。由于传感器是比较容易损坏的器件，因此为了提高整个系统的可靠性，对传感器进行故障诊断是十分必要的。传统的传感器故障诊断技术使用硬件冗余法，由于现代化机器设备中传感器的数量越来越多，该方法不能适应现代工程的需要。从上个世纪八十年代以来分析冗余法得到了广泛研究，这种方法一般使用系统模型和卡尔曼滤波器进行传感器的故障诊断。由于此类方法依赖于系统的精确模型，而许多控制系统的建模是非常困难的，使其应用受到了限制。y。本文中使用神经网络技术进行传感器的故障诊断研究。神经网络具有学习线性和非线性动态关系的能力，系统的建模过程由神经网络的学习来代替。对

3、于有N个传感器需要进行故障诊断的场合，故障诊断系统由一个主网(mainnetwork)和N个子网(decentralizednetwork)构成。庄网误差和子网误差用于传感器故障的检测和分离，子网的输出用于故障传感器信号的补偿(Accommodation)。应用这种方法进行了传感器故障诊断的仿真和实验研究。仿真的对象是发电用凝汽式汽轮机转速调节系统中的转速传感器，仿真的结果表明神经网络传感器故障诊断系统在闭环控制回路中的应用是可行的。在仿真研究的基础上，使用VC++6．0开发了用于实验研究的神经网络热电偶故障诊断系统。特别注意的是，该系统在稍加改动后可以应用于其它类型传感

4、器的故障诊断。使用该热电偶故障诊断系统，进行了下面几项热电偶故障诊断的实验研究：系统在动态和稳态下，热电偶发生阶跃和斜坡故障的实验，由于外界干扰造成的热电偶暂时故障实验，两个热电偶接连发生故障的实验，神经网络热电偶故障诊断系统泛化能力的测试。实验结果说明上述神经网络故障诊断系统是切实可行上海交通大学硕士研究生论文的。／本文中提出了传感器故障诊断系统的神经网络在线刷新时采用双报警阈值的方法，即设定两个不同的报警阈值，在系统采集第一组数据用于神经网络进行故障诊断时使用较大的报警阈值，以后采用较小的报警阈值。j这是因为由于外界干扰和网络精度的影响，所以对第一组数据，网络的误差比

5、较大，随着网络的在线刷新，网络的输出会跟踪传感器的信号，使网络的误差变得很小。如果一直采用较大的报警阈值，对于变化缓慢的斜坡故障，诊断系统就会漏报警；如果一直采用较小的报警阈值，诊断系统在第一步就会报警，造成误报警。实验证明这种双报警阈值的使用对于变化缓慢的热电偶故障的诊断是十分有效的。神经网络传感器故障诊断系统在使用在线刷新时，网络的训练往往十分耗时，因此选择训练算法对于这种方法的实际应用是十分重要的。』本文对标准的BP算法(Back—PropagationAlgorithm，简称BP算法)和扩展的BP算法(ExtendedBack--PropagationAlgori

6、thm，简称EBPA算法)进行了较为详细的比较研究，通过XOR问题，曲线拟合问题和在热电偶故障诊断实验中采用两种算法的比较研究。液明选取合适的训练参数时，EBPA算法比BP算法训练时间可以显著的减少。r。关键宇传感器，故障诊断，神经网络，扩展BP算法，阈值11上海交通大学硕士研究生论文SENSORRULUREDIAGNOSISSIMULATl0NANDEXPEREM匝NTBASEDONNEI爪AI，NETWORKSInModemControlEngineering，thefunctionofsensorisveryimportant．Specially，theoperat

7、ingstatusofsensorsinthefeedbackcontroldirectlydecidesiftheequipmentcanworknormallyandsafely．SothereseatchofSensorFailureDetection．IdentificationandAccommodation(SFDIA)hasitspracticalvalue．ThetraditionalmethodofSFDIAisphy’sicalredundancy．Becauseoftheproblemoflimitedc