机械故障诊断新技术

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1、第六章机械故障诊断新技术第一节故障诊断的模糊数学方法一、模糊教学的基本概念1．模糊关系方程2．隶属函数的定义3．隶属度函数的确定4．模糊逻辑运算5．模糊关系矩阵的确定1二、模糊模式识别1．直接识别方法按最大隶属原则进行判别。2．间接识别方法按择近原则进行模式识别。2三、模糊聚类分析1．数据的标准化2．标定3．聚类四、模糊综合诊断1．模糊综合评判数学模型2．模糊运算模型3第二节故障诊断的人工神经网络方法一、神经网络模型1.人工神经元模型42．神经网络模型（1）模型5（2）算法B-P网络的输入值是一些特征参数，输出值是识别结

2、果，学习算法属于有教师学习，通过不断修改权系数和阈值，使系统的输出误差{y}与给定的教师样本{t}的误差为最小。6Hopfield网络反馈网络自组织解决了著名的TSP问题。实时处理7第三节故障诊断的专家系统简介专家系统是应用大量人类专家的知识和推理方法求解复杂的实际问题的一种人工智能计算机程序。它是由一组计算机软件组成的系统，具有相当数量的权威性知识，具备学习功能，并且能够采取一定的策略，运用专家知识进行推理，解决人们在通常条件下难以解决的问题。一般的计算机软件是由数据和程序两级组成，而专家系统则有数据、知识和推理机三级

3、组成。8被誉为“专家系统和知识工程之父”的费根鲍姆(Feigenbaum)所领导的研究小组于1968年研究成功第一个专家系统DENDRAL，用于质谱仪分析有机化合物的分子结构。1972～1976年，费根鲍姆小组又开发成功MYCIN医疗专家系统，用于抗生素药物治疗。此后，许多著名专家系统，如PROSPECTOR地质勘探专家系统，CASNET青光眼诊断治疗专家系统、RI计算机结构设计专家系统、MACSYMA符号积分现定理证明专家系统、ELAS钻井数据分析专家系统和ACE电话电缆维护专家系统等被相继开发，为工矿数据分析处理、医

4、疗诊断、计算机设计、符号运算和定理证明等提供强在力的工具。91977年，费根鲍姆进一步提出了知识工程(knowledgeengineering)的概念,整个80年代，专家系统和知识工程在全世界得到迅速的发展。在开发专家系统过程中，许多研究者获得共识，即人工智能系统是一个知识处理系统，而知识表示、知识利用和知识获取则成为人工智能系统的三个基本问题。10一、专出系统的人工智能特点专家系统所能解决的主要问题有：(1)解决那些只有专家才能解决的实际复杂问题。(2)用模仿人类专家推理过程的计算机模型来解决这些问题，并能达到人类专家

5、解决问题的水平。比较成功的专家系统一般具有以下几个特点：（1）启发性即能使用判别性知识进行推理；（2）透明性能解释自己的推理过程；（3）灵活性能不断修改和扩充知识。11二、专家系统的结构（1）知识库（KnowledgeBase）（2）推理机（InferenceEngine）（3）数据库（DataBase）（4）解释器（程序）（ExplicationProgram）（5）知识获取程序（KnowledgeAc－quisitionProgram）1213机械故障诊断方法信号测试采集振动、油样、声发射、参数、……信号分析处理频谱

6、、小波、…………故障信号识别模式识别，系统分析模糊理论人工智能方法故障处理决策14信号分析经典谱分析法以FFT为代表，广泛用于信号分析，故障诊断，图像处理等许多方面。国内外都有大量的FFT软、硬件产品问世，并且在不断发展。现代谱分析法采用建模的方法来估计信号的谱参数，因而速度快运算量小，精度高。受到越来越多的重视。目前应用的有自回归法(AR)、滑动平均法(MA)和自回归滑动平均法(ARMA)。15ARMA建模参数功率谱模型16为了对各种谱估计的方法有一个基本的了解，下面用一已知信号对各种方法进行检验(N=32)。所给出的

7、信号为：(3-13)式中：f1=0.05，f2=0.40，f3=0.42；z[n]为噪声的一阶自回归过程：(3-14)17其中a为回归系数，u为方差为σ2的高斯白噪声。这样可以使噪声的功率谱为变化的。选择合适的a(＝-0.8508)和σ2(＝1.010)值可以使f1附近的信噪比为15dB，f2、f3附近的信噪比为30dB，此信号作为比较的基准。也可以直接使用高斯白噪声信号（令a＝0即可），这时其功率谱为一条水平线。图中给出了各信号的理论功率谱。图中横轴为归一化的频率(-0.5～0.5)，纵轴为功率谱值(-30～50dB)

8、。18192021小波分析理论（采用小波族进行变换）具有多分辨率的特点：在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率；在高频部分具有较低的频率分辨率和较高的时间分辨率；适合探测信号中的瞬态异常并展示其成分称为信号分析的显微镜22正常泵阀故障泵阀23正常活塞故障活塞24机械设备故障诊断的发展机械设备故障诊断技术是建