第章智能故障診斷的控制方案ppt課件

1、智能缺點(diǎn)診斷技術(shù)智能缺點(diǎn)診斷技術(shù)第三章第三章 智能缺點(diǎn)診斷的控制方案智能缺點(diǎn)診斷的控制方案o1. 基于形狀反響的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制o2. 基于缺點(diǎn)補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制o3. 基于多模冗余的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制o4. 基于功能模塊的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制o5. 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制o6. 基于專家系統(tǒng)的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制容錯(cuò)控制的根本概念容錯(cuò)控制的根本概念o根本思想是利用系統(tǒng)的冗余資源來實(shí)現(xiàn)缺點(diǎn)容錯(cuò)。根本思想是利用系統(tǒng)的冗余資源來實(shí)現(xiàn)缺點(diǎn)容錯(cuò)。即在某些部件發(fā)生缺點(diǎn)的情況下，經(jīng)過系統(tǒng)重構(gòu)等，即在某些部件發(fā)生缺點(diǎn)的情況下，經(jīng)過系統(tǒng)重構(gòu)等，仍能保證設(shè)備按原定性能目的繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；或以犧牲仍能保證

2、設(shè)備按原定性能目的繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；或以犧牲性能損失為代價(jià)，保證設(shè)備在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成其預(yù)性能損失為代價(jià)，保證設(shè)備在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成其預(yù)定功能。定功能。o缺點(diǎn)診斷是容錯(cuò)控制的根底缺點(diǎn)診斷是容錯(cuò)控制的根底首先需求適時(shí)地檢首先需求適時(shí)地檢測(cè)出缺點(diǎn)，并對(duì)缺點(diǎn)的部位、類型、緣由、程度等測(cè)出缺點(diǎn)，并對(duì)缺點(diǎn)的部位、類型、緣由、程度等做出準(zhǔn)確判別，然后采取相應(yīng)的容錯(cuò)控制戰(zhàn)略，對(duì)做出準(zhǔn)確判別，然后采取相應(yīng)的容錯(cuò)控制戰(zhàn)略，對(duì)缺點(diǎn)進(jìn)展補(bǔ)償、抑制、減弱或消除。缺點(diǎn)進(jìn)展補(bǔ)償、抑制、減弱或消除。o容錯(cuò)控制方法可分為硬件構(gòu)造和解析冗余兩大類。容錯(cuò)控制方法可分為硬件構(gòu)造和解析冗余兩大類。1. 基于形狀反響的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制基于形狀反

3、響的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制o設(shè)監(jiān)控對(duì)象正常形狀下的動(dòng)態(tài)方程為：o采用形狀反響后，正常形狀下的動(dòng)態(tài)方程為：o那么出現(xiàn)缺點(diǎn)時(shí)變?yōu)椋? )( )( )( )( )x tAx tBu ty tCx t( )() ( )( )( )( )x tABK x tBv ty tCx t( )()( )( )( )( )ffffffffffxtAB KxtB vtytC xto為了使設(shè)備出現(xiàn)缺點(diǎn)時(shí)的性能與正常形狀時(shí)的性能盡能夠地接近，應(yīng)選取適宜的Kf，使：基于形狀反響的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制方案基于形狀反響的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制方案11()fffffffABKAB KKBAABBKo控制方案：在形狀反響控制系統(tǒng)中，經(jīng)過選

4、控制方案：在形狀反響控制系統(tǒng)中，經(jīng)過選取適宜的形狀反響增益取適宜的形狀反響增益Kf，使得當(dāng)某個(gè)回路，使得當(dāng)某個(gè)回路形狀失效時(shí)，由其他完好的形狀反響回形狀失效時(shí)，由其他完好的形狀反響回路平均分擔(dān)缺點(diǎn)回路的控制造用。路平均分擔(dān)缺點(diǎn)回路的控制造用。2. 基于缺點(diǎn)補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制基于缺點(diǎn)補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制o缺點(diǎn)補(bǔ)償：就是指監(jiān)控對(duì)象在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出缺點(diǎn)補(bǔ)償：就是指監(jiān)控對(duì)象在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)缺點(diǎn)或即將出現(xiàn)缺點(diǎn)時(shí)，可以采取相應(yīng)的現(xiàn)缺點(diǎn)或即將出現(xiàn)缺點(diǎn)時(shí)，可以采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施，保證設(shè)備在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成其規(guī)補(bǔ)償措施，保證設(shè)備在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成其規(guī)定功能。定功能。o缺點(diǎn)補(bǔ)償可經(jīng)過設(shè)計(jì)缺點(diǎn)補(bǔ)償器來實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)

5、補(bǔ)償可經(jīng)過設(shè)計(jì)缺點(diǎn)補(bǔ)償器來實(shí)現(xiàn)。o設(shè)正常情況下的補(bǔ)償器方程為：o監(jiān)控對(duì)象的閉環(huán)方程可寫為：o那么某一元部件發(fā)生缺點(diǎn)時(shí)，其閉環(huán)反響系統(tǒng)為：( )( )( )( )( )( )z tDz tEy tu tFz tHy t( )() ( )( )( )( )( )x tABHC x tBFz tz tECx tDz t( )() ( )( )( )( )( )ffffffxtAB HCx tB Fz tz tEC x tDz to為了使缺點(diǎn)系統(tǒng)性能盡能夠地接近原系統(tǒng)性能，只需設(shè)計(jì)出適宜的缺點(diǎn)補(bǔ)償器 即可o控制方案：當(dāng)某一元部件發(fā)生缺點(diǎn)時(shí)，經(jīng)過設(shè)計(jì)適宜的缺點(diǎn)補(bǔ)償器 ，使得缺點(diǎn)系統(tǒng)的性能盡能夠接近原系統(tǒng)

6、性能。 ,D E F H ,D E F H3. 基于多模冗余的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制基于多模冗余的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制o控制方案：就是利用多余資源，來保證設(shè)備在發(fā)生控制方案：就是利用多余資源，來保證設(shè)備在發(fā)生缺點(diǎn)時(shí)仍能正常任務(wù)。可分為硬件冗余和軟件冗余缺點(diǎn)時(shí)仍能正常任務(wù)。可分為硬件冗余和軟件冗余兩種。兩種。基于三模冗余的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制方案基于三模冗余的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制方案o硬件冗余：采用雙重或多重備份的方法來實(shí)現(xiàn)，可硬件冗余：采用雙重或多重備份的方法來實(shí)現(xiàn)，可用于任何硬件環(huán)節(jié)失效的容錯(cuò)控制。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)用于任何硬件環(huán)節(jié)失效的容錯(cuò)控制。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)消除準(zhǔn)確，可靠性和平安性高；缺陷是所單，

7、缺點(diǎn)消除準(zhǔn)確，可靠性和平安性高；缺陷是所需元部件多，本錢高。需元部件多，本錢高。o軟件冗余：利用系統(tǒng)中不同部件在功能上的冗余性軟件冗余：利用系統(tǒng)中不同部件在功能上的冗余性來實(shí)現(xiàn)，又分為解析冗余、功能冗余和參數(shù)冗余三來實(shí)現(xiàn)，又分為解析冗余、功能冗余和參數(shù)冗余三種。可采用缺點(diǎn)屏蔽、控制器重構(gòu)等方法實(shí)現(xiàn)。種?？刹捎萌秉c(diǎn)屏蔽、控制器重構(gòu)等方法實(shí)現(xiàn)。4. 基于功能模塊的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制基于功能模塊的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制o控制方案：容錯(cuò)控制模塊可以根據(jù)缺點(diǎn)檢測(cè)信息，控制方案：容錯(cuò)控制模塊可以根據(jù)缺點(diǎn)檢測(cè)信息，具有自動(dòng)修正控制戰(zhàn)略、改動(dòng)控制器構(gòu)造、重新配具有自動(dòng)修正控制戰(zhàn)略、改動(dòng)控制器構(gòu)造、重新配置系統(tǒng)軟硬

8、件、自順應(yīng)和自學(xué)習(xí)功能。置系統(tǒng)軟硬件、自順應(yīng)和自學(xué)習(xí)功能。基于功能模塊的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制方案基于功能模塊的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制方案基于功能模塊的模糊模型自學(xué)習(xí)基于功能模塊的模糊模型自學(xué)習(xí)o一個(gè)模糊模型中包含多條規(guī)那么，全部規(guī)那么構(gòu)成模糊關(guān)系集合R，每次只啟用部分規(guī)那么產(chǎn)生預(yù)告 ；當(dāng)模型出現(xiàn)誤差時(shí)，只需修正參與的部分規(guī)那么，不用涉及其他規(guī)那么；假設(shè)把參考模糊集合固定下來，可以為修正規(guī)那么，實(shí)踐上就是修正模糊關(guān)系集合R。模糊模型自學(xué)習(xí)機(jī)構(gòu)模糊模型自學(xué)習(xí)機(jī)構(gòu) y修正修正R的自學(xué)習(xí)算法原理：的自學(xué)習(xí)算法原理：在產(chǎn)生在產(chǎn)生 的舊規(guī)那么和力圖產(chǎn)生的舊規(guī)那么和力圖產(chǎn)生y的新規(guī)那么之間折中，多步積累效的新規(guī)那

9、么之間折中，多步積累效果；果；自學(xué)習(xí)自學(xué)習(xí)“步幅大，那么見效快，步幅大，那么見效快，但噪聲易侵入模型；反之，能減弱但噪聲易侵入模型；反之，能減弱噪聲影響，但自學(xué)習(xí)的速度變慢。噪聲影響，但自學(xué)習(xí)的速度變慢。 y5. 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制o控制方案：訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立控制方案：訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立N+1個(gè)形狀估計(jì)個(gè)形狀估計(jì)器；采用方式匹配診斷缺點(diǎn)；系統(tǒng)形狀估計(jì)，輸出器；采用方式匹配診斷缺點(diǎn)；系統(tǒng)形狀估計(jì)，輸出丈量值與預(yù)測(cè)值之差為預(yù)測(cè)誤差；網(wǎng)絡(luò)不斷訓(xùn)練學(xué)丈量值與預(yù)測(cè)值之差為預(yù)測(cè)誤差；網(wǎng)絡(luò)不斷訓(xùn)練學(xué)習(xí)以修正權(quán)值，使殘差趨于零，實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制。習(xí)以修正權(quán)值，使殘差

10、趨于零，實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制方案基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制方案基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制方式基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制方式o1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為控制器運(yùn)用直接控制方案o簡(jiǎn)單直接，能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的逆動(dòng)力學(xué)；但由于無法獲得系統(tǒng)的輸入和輸出關(guān)系，因此難以保證學(xué)習(xí)的收斂性o2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為辨識(shí)器運(yùn)用間接控制方案o神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出并不直接控制系統(tǒng)，而是用于調(diào)整控制器o3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為補(bǔ)償器運(yùn)用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自順應(yīng)控制基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自順應(yīng)控制oRBF辨識(shí)器：網(wǎng)絡(luò)輸入為系統(tǒng)當(dāng)前輸入和期望輸出；網(wǎng)絡(luò)輸出un并不直接控制系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)輸出un和PID控制器的控制量u之差作為調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的性

11、能目的。oRBF控制器：網(wǎng)絡(luò)輸入同前；網(wǎng)絡(luò)輸出作為系統(tǒng)的控制輸入u；系統(tǒng)輸入和輸出之差作為調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的性能目的。o優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)參數(shù)不再是隨機(jī)選取，可有效抑制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接控制器難以穩(wěn)定問題，且收斂速度非常快。基于基于RBF網(wǎng)絡(luò)的自順應(yīng)控制網(wǎng)絡(luò)的自順應(yīng)控制6. 基于專家系統(tǒng)的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制基于專家系統(tǒng)的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制o控制方案：知識(shí)庫存放領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)；數(shù)據(jù)庫存放控制方案：知識(shí)庫存放領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)；數(shù)據(jù)庫存放監(jiān)控對(duì)象原始數(shù)據(jù)、缺點(diǎn)特征數(shù)據(jù)等；推理機(jī)按一監(jiān)控對(duì)象原始數(shù)據(jù)、缺點(diǎn)特征數(shù)據(jù)等；推理機(jī)按一定的推理規(guī)那么，對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)展缺點(diǎn)識(shí)別、估計(jì)定的推理規(guī)那么，對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)展缺點(diǎn)識(shí)別、估計(jì)和決策，根據(jù)

12、缺點(diǎn)性質(zhì)采取相應(yīng)戰(zhàn)略進(jìn)展容錯(cuò)控制。和決策，根據(jù)缺點(diǎn)性質(zhì)采取相應(yīng)戰(zhàn)略進(jìn)展容錯(cuò)控制。基于專家系統(tǒng)的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制方案基于專家系統(tǒng)的缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制方案專家系統(tǒng)缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制的實(shí)現(xiàn)方法專家系統(tǒng)缺點(diǎn)診斷與容錯(cuò)控制的實(shí)現(xiàn)方法o6.1 知識(shí)庫的建立o6.2 推理機(jī)的實(shí)現(xiàn)o6.3 特征信息處置器的構(gòu)造o6.4 控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)o6.5 專家知識(shí)的獲取6.1 知識(shí)庫的建立知識(shí)庫的建立o知識(shí)庫是專家系統(tǒng)的中心o主要處理問題是：如何有效地表達(dá)已獲取的知識(shí)o專家系統(tǒng)中最普遍的知識(shí)表達(dá)方式是：產(chǎn)生式規(guī)那么o建立知識(shí)庫應(yīng)留意的要點(diǎn)是：o1知識(shí)庫的規(guī)模要小，應(yīng)具有最低的數(shù)據(jù)冗余度；o2針對(duì)不同的信息特征，應(yīng)采用不

13、同的數(shù)據(jù)構(gòu)造；o3知識(shí)庫應(yīng)具有較好的可擴(kuò)展性和可移植性，便于知識(shí)的補(bǔ)充和完善；o4數(shù)據(jù)庫與規(guī)那么庫構(gòu)造應(yīng)合理，便于搜索和管理，以順應(yīng)實(shí)時(shí)推理與決策的需求。6.2 推理機(jī)的實(shí)現(xiàn)推理機(jī)的實(shí)現(xiàn)o推理：就是對(duì)缺點(diǎn)進(jìn)展識(shí)別和容錯(cuò)控制o推理過程：就是將數(shù)據(jù)庫中的現(xiàn)實(shí)與知識(shí)庫中的規(guī)那么進(jìn)展匹配的過程o推理機(jī)：實(shí)踐上就是實(shí)現(xiàn)推理過程的一種智能程序o推理方法：正向推理、反向推理、正反向混合推理o基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的正向推理戰(zhàn)略：推理過程較慢，適用于搜索空間較小的知識(shí)庫；o基于目的驅(qū)動(dòng)的反向推理戰(zhàn)略、正反向混合的雙向推理戰(zhàn)略：推理效率較高，適用于搜索空間較大的知識(shí)庫或在線缺點(diǎn)診斷。6.3 特征信息處置器的構(gòu)造特征信息處

14、置器的構(gòu)造o缺點(diǎn)信息反映了監(jiān)控對(duì)象的任務(wù)形狀o特征信息處置器的主要作用：是對(duì)信息進(jìn)展加工、處置和特征提取，將原始信息轉(zhuǎn)化為便于知識(shí)庫和推理機(jī)所利用的特征信息o構(gòu)造特征信息處置器應(yīng)留意的要點(diǎn)是：o1要充分利用系統(tǒng)能采集到的信息；o2應(yīng)選擇那些既能反映過程特性又便于獲取的信息為特征量，以反映對(duì)象的前期效果、當(dāng)前形狀和變化趨勢(shì)；o3特征方式的劃分和提取應(yīng)圍繞實(shí)時(shí)控制、穩(wěn)定性監(jiān)控和缺點(diǎn)診斷三個(gè)方面進(jìn)展。6.4 控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)o控制機(jī)構(gòu)是專家系統(tǒng)的直接控制級(jí)，智能容錯(cuò)控制和決策是經(jīng)過控制機(jī)構(gòu)來實(shí)施的o控制機(jī)構(gòu)普通由以下兩個(gè)子集構(gòu)成：o正常情況下的控制方式子集Uc：是用解析關(guān)系式描畫的各種智

15、能控制算法，或用啟發(fā)式規(guī)那么表達(dá)的知識(shí)基控制方式；o異常情況下的控制戰(zhàn)略子集Ud：包括在線穩(wěn)定性監(jiān)控和缺點(diǎn)診斷與處置子規(guī)那么集。6.5 專家知識(shí)的獲取專家知識(shí)的獲取o一個(gè)專家系統(tǒng)的建造過程主要分為：知識(shí)獲取、知識(shí)表示和知識(shí)處置系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三個(gè)部分。其中，知識(shí)獲取是整個(gè)過程中最困難和最重要的部分。o知識(shí)獲取：就是把知識(shí)源中有關(guān)處理某問題的知識(shí)抽取出來，放到知識(shí)庫中的過程。o專家知識(shí)的分類：領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)知識(shí)的描畫，從知識(shí)的角度可分為原型知識(shí)、關(guān)聯(lián)知識(shí)和權(quán)重知識(shí)三類，從診斷的角度可分為原理知識(shí)和閱歷知識(shí)兩類o監(jiān)控對(duì)象的分解：為了便于獲取知識(shí)和表示知識(shí)，可對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)展構(gòu)造分解、功能分解和缺點(diǎn)分解專家知識(shí)的

16、分類專家知識(shí)的分類o1原型知識(shí)：o原型知識(shí)是領(lǐng)域?qū)＜抑赋龅娜秉c(diǎn)集和征兆集這兩個(gè)集合之間存在確實(shí)定的映射關(guān)系“征兆族缺點(diǎn)o生成的診斷知識(shí)可由規(guī)那么或框架表示o它是缺點(diǎn)診斷必備的知識(shí)，也是推理機(jī)任務(wù)的根底o(hù)2關(guān)聯(lián)知識(shí)：o關(guān)聯(lián)知識(shí)是描畫缺點(diǎn)傳播特性的知識(shí)o生成的診斷知識(shí)普通由規(guī)那么來表示o它表征了診斷系統(tǒng)內(nèi)部的形狀聯(lián)絡(luò)，構(gòu)成了診斷問題的求解途徑，引導(dǎo)診斷向縱深推進(jìn)直到缺點(diǎn)的位置和緣由o3權(quán)重知識(shí)：o權(quán)重知識(shí)是領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)缺點(diǎn)間關(guān)系及證據(jù)可靠度的認(rèn)識(shí)o它可以有目的地引導(dǎo)診斷過程的進(jìn)展，提高診斷效率監(jiān)控對(duì)象的分解監(jiān)控對(duì)象的分解o1構(gòu)造分解：從構(gòu)造上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展分解，把系統(tǒng)的總體構(gòu)造分解為下一層的子構(gòu)造，直到最低層次的零部件o最終可確定系統(tǒng)缺點(diǎn)的物理位置，但難以表達(dá)子系統(tǒng)間的相互關(guān)系，難以反映由聯(lián)絡(luò)劣化所引起的缺點(diǎn)o2功能分解：從功能上對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)展分解，把系統(tǒng)的總體功能分解為下一層次的子功能，直到最低層次的根本功能o無論子系統(tǒng)或與其相聯(lián)絡(luò)的缺點(diǎn)都能