動(dòng)車組檢測(cè)與故障診斷第十講故障診斷方法的分類

第六章故障診斷的基本方法

6.1故障診斷方法的分類（1）基于信號(hào)處理的方法（2）基于解析模型的方法（3基于知識(shí)的故障診斷方法1（1）基于信號(hào)處理的方法所謂基于信號(hào)處理的方法，通常是利用信號(hào)模型，如相關(guān)函數(shù)、頻譜、小波變換等，直接分析可測(cè)信號(hào)，提取諸如方差、幅值、頻率等特征值，從而檢測(cè)出故障?；谛盘?hào)處理的方法主要有：21）小波變換方法小波變換是一種時(shí)－頻分析方法。故障診斷時(shí)，對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行小波變換，在變換后的信號(hào)中除去由于輸入變化引起的奇異點(diǎn)，剩下的奇異點(diǎn)即為系統(tǒng)發(fā)生的故障點(diǎn)。基于小波變換的方法可以區(qū)分信號(hào)的突變和噪聲，故障檢測(cè)靈敏準(zhǔn)確，克服噪聲能力強(qiáng)。32）主元分析方法主元分析是一種有效的數(shù)據(jù)壓縮和提取方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)診斷。主元分析用于故障診斷的基本思想是：對(duì)過(guò)程的歷史數(shù)據(jù)采用主元分析方法建立正常情況下的主元模型，一旦實(shí)測(cè)信號(hào)與主元模型發(fā)生沖突，就可判斷故障發(fā)生，通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以分離出故障。43）利用δ算子的故障診斷利用δ算子的故障診斷是基于算子構(gòu)造Hilbert空間的最小二乘投影向量集，推導(dǎo)出完整的格形濾波器作為故障檢測(cè)濾波器，用δ算子描述的后向預(yù)測(cè)誤差向量的首位元素作為殘差，并采用自適應(yīng)噪聲抵消技術(shù)使殘差對(duì)故障敏感。5（2）基于解析模型的方法基于解析模型的方法是在明了診斷對(duì)象數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，按一定的數(shù)學(xué)方法對(duì)被測(cè)信息進(jìn)行診斷處理，可分為狀態(tài)估計(jì)法和參數(shù)估計(jì)法。6（3）基于知識(shí)的故障診斷方法近年來(lái)，人工智能及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為故障診斷技術(shù)提供了新的理論基礎(chǔ)，產(chǎn)生了基于知識(shí)的診斷方法，此方法由于不需要對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，而且具有智能特性?；谥R(shí)的故障診斷方法有：專家系統(tǒng)故障診斷方法、模糊故障診斷方法、故障樹(shù)故障診斷方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法、信息融合故障診斷方法。76.2故障診斷的基本方法（1）、傳統(tǒng)的故障診斷方法（2）、專家系統(tǒng)故障診斷方法（3）、故障樹(shù)故障診斷方法8（1）、傳統(tǒng)的故障診斷方法首先是利用各種物理的和化學(xué)的原理和手段，通過(guò)伴隨故障出現(xiàn)的各種物理和化學(xué)現(xiàn)象，直接檢測(cè)故障．例如：可以利用振動(dòng)、聲、光、熱、電、磁、射線、化學(xué)等多種手段，觀測(cè)其變化規(guī)律和特征，用以直接檢測(cè)和診斷故障．這種方法形象、快速，十分有效，但只能檢測(cè)部分故障．其次，利用故障所對(duì)應(yīng)的征兆來(lái)診斷故障是最常用、最成熟的方法.以旋轉(zhuǎn)機(jī)械為例，振動(dòng)及其頻譜特性的征兆是最能反映故障特點(diǎn)、最有利于進(jìn)行故障診斷的手段。9（2）、專家系統(tǒng)故障診斷方法故障診斷系統(tǒng)的專家系統(tǒng)主要由知識(shí)庫(kù)、知識(shí)處理模塊、診斷推理模塊、人機(jī)接口等部分組成，總體結(jié)構(gòu)如下圖：101）專家系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)知識(shí)庫(kù)是專家系統(tǒng)的核心部分,它的完善與否決定了專家系統(tǒng)的工作能力及效率。通常專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)的存儲(chǔ)采用鏈表形式，知識(shí)庫(kù)的擴(kuò)充、刪除、修改等操作實(shí)質(zhì)上是插入、刪除和修改鏈表的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。112）專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)結(jié)構(gòu)圖123）專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)的建立例如：受電弓的故障原因結(jié)構(gòu)圖134）規(guī)則：規(guī)則1:如果弓網(wǎng)接觸力不正常且受電弓電流不正常且弓頭振幅不正常則受電弓離線------受電弓故障規(guī)則2:如果受電弓汽缸氣壓不正常且升不起弓則受電弓汽缸故障規(guī)則3:如果滑板厚度不正常則受電弓弓頭滑板磨耗及偏磨規(guī)則4:如果受電弓升弓時(shí)間、降弓時(shí)間不正常且受電弓最大升弓高度不正常則受電弓機(jī)械部件有損壞145）推理機(jī)一個(gè)擁有了大量知識(shí)的系統(tǒng)仍不能解決專業(yè)領(lǐng)域問(wèn)題，還必須具有應(yīng)用知識(shí)的能力，即推理能力。所以除了知識(shí)庫(kù)外，推理機(jī)也是整個(gè)專家系統(tǒng)處理問(wèn)題的核心模塊，它根據(jù)用戶提供的故障征兆，利用知識(shí)庫(kù)中存儲(chǔ)的知識(shí)，按一定的推理策略逐步求解問(wèn)題。常用的推理策略有正向推理、反向推理和正反向推理。151.正向推理過(guò)程：正向推理是：根據(jù)在綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中給出的己知事實(shí)，正向使用規(guī)則，即把規(guī)則的前件同當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容進(jìn)行匹配來(lái)選取可用規(guī)則，若有多條規(guī)則可用，則按沖突消解策略從中選擇一條規(guī)則執(zhí)行，將執(zhí)行規(guī)則的結(jié)論添加到綜合數(shù)據(jù)中，直至問(wèn)題求解或沒(méi)有可用規(guī)則。162.反向推理過(guò)程：反向推理是：根據(jù)在綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中給出的假設(shè)，反向使用規(guī)則，即把規(guī)則的后件同當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容進(jìn)行匹配來(lái)選取可用規(guī)則，若有多條規(guī)則可用，則按沖突消解策略從中選擇一條規(guī)則，將該規(guī)則的前件添加到綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中，直至問(wèn)題求解(假設(shè)成立所需要的全部證據(jù)和事實(shí)在數(shù)據(jù)庫(kù)中)或沒(méi)有可用規(guī)則。173、專家系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷的過(guò)程專家系統(tǒng)工作，就是模擬人類專家進(jìn)行思維。所以，專家系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷的過(guò)程應(yīng)該如下圖所示：18（3）、故障樹(shù)故障診斷方法故障樹(shù)分析法是從果到因的分析方法，它以故障模式影響與后果分析法為基礎(chǔ)，對(duì)系統(tǒng)故障形成的原因采用從整體到局部按樹(shù)技狀逐漸細(xì)化分析的過(guò)程。故障樹(shù)分析法通過(guò)分析系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備故障的預(yù)測(cè)和診斷，是一種安全性與可靠性分析技術(shù)，對(duì)于系統(tǒng)故障的預(yù)測(cè)、預(yù)防、分析和控制效果比較顯著。192）故障樹(shù)基本理論故障樹(shù)分析法是一種圖形演繹法，需要一些專門表示邏輯關(guān)系的門符號(hào)、事件符號(hào)以及基本術(shù)語(yǔ)，表示事件之間的邏輯關(guān)系和因果關(guān)系。事件：是對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)及元、部件狀態(tài)的描述，如正常事件（系統(tǒng)或元部件能夠完成規(guī)定功能）和故障事件（系統(tǒng)或部件不能完成規(guī)定功能）。部件：凡是能產(chǎn)生故障事件的元件及設(shè)備、子系統(tǒng)等，在故障樹(shù)中定義為部件。203）故障樹(shù)的建立建樹(shù)的關(guān)鍵要清楚地了解所分析的系統(tǒng)功能邏輯關(guān)系以及系統(tǒng)故障原理，建樹(shù)的完善程度直接影響故障樹(shù)定性分析和定量計(jì)算結(jié)果，故障應(yīng)是實(shí)際系統(tǒng)故障組合和傳遞的邏輯關(guān)系的正確抽象。建樹(shù)過(guò)程，實(shí)際上就是工程技術(shù)人員對(duì)系統(tǒng)的深入分析思考過(guò)程，并且應(yīng)有系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用和可靠性方面的專家密切合作。21建樹(shù)的主要步驟：(1)熟悉系統(tǒng)首先必須對(duì)系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)原理、故障狀態(tài)、故障因素及其影響等作深刻透徹的了解，盡可能多地收集被診斷對(duì)象的技術(shù)資料以及其它基礎(chǔ)工作。(2)確定頂事件選取系統(tǒng)最不希望發(fā)生的故障事件為故障樹(shù)頂事件，頂事件必須有明確的定義，可以定量評(píng)定并且可以進(jìn)一步地分解頂事件發(fā)生中間事件。一個(gè)系統(tǒng)可能有多個(gè)不希望發(fā)生的事件，可以建立多棵故障樹(shù)。22建樹(shù)的主要步驟：(3)構(gòu)造故障樹(shù)

由頂事件出發(fā)，逐級(jí)找出各級(jí)事件的全部直接原因，并用故障樹(shù)的符號(hào)表示各類事件間的邏輯關(guān)系，直至分析到底事件止。(4)簡(jiǎn)化故障樹(shù)

故障樹(shù)構(gòu)成后，必須逐級(jí)寫(xiě)出上級(jí)事件與下級(jí)事件的邏輯關(guān)系式，直至頂事件，結(jié)合邏輯運(yùn)算算法作進(jìn)一步的分析運(yùn)算，刪除多余事件。23例DK-1電空制動(dòng)機(jī)故障樹(shù)的建立DK-1制動(dòng)機(jī)故障主要分為控制電路故障、閥類部件故障以及空氣管路故障，根據(jù)故障樹(shù)分析理論，可以分別定義為：控制電路故障事件、閥類部件故障事件以及管路連接故障事件。根據(jù)故障樹(shù)理論可以按故障部件類別構(gòu)造一個(gè)簡(jiǎn)單的故障樹(shù)。24控制電路故障事件DK-1型機(jī)車電空制動(dòng)機(jī)操縱與轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)是采用電控方式，控制電路部分可能出現(xiàn)各種各樣故障。包括：控制電路接線不良、插座插頭虛接、電子元器件虛焊、二級(jí)管和壓敏電阻的擊穿都將造成控制指令失效；而繼電器卡位、繼電器觸頭接觸不良、繼電器線圈短路，電空閥線圈斷路以及控制導(dǎo)線短路、接地則會(huì)造成執(zhí)行部件不動(dòng)作或動(dòng)作錯(cuò)誤。25閥類部件故障事件閥類部件故障直接影響氣路作用。此類故障一般發(fā)生在閥類部件的內(nèi)部滑體上。如：缺少油脂潤(rùn)滑造成分配閥的滑閥，節(jié)制閥也將出現(xiàn)卡滯而造成風(fēng)路不能勾通；由于動(dòng)作頻繁和老化等原因，彈簧件會(huì)失效,影響閥類部件正常動(dòng)作；橡膠件龜裂將造成串風(fēng)或漏風(fēng)，使閥體不能動(dòng)作或性能下降；同樣，閥類部件內(nèi)的小孔堵塞將影響閥類控制功能。26管路連接故障事件故障表現(xiàn)為管路堵塞或泄漏，包括：具有排水、濾清作用的部件因有污物或冬天積水結(jié)冰出現(xiàn)堵塞，管道內(nèi)部混合的機(jī)械雜質(zhì)可能在管道彎曲部分或者空氣管路異徑接口處造成堵塞。27基于部件類型故障樹(shù)28將制動(dòng)機(jī)運(yùn)行在不同工況下，可能出現(xiàn)的故障歸納為十四種工況故障事件：大閘運(yùn)轉(zhuǎn)位小閘運(yùn)轉(zhuǎn)位故障事件；大閘中立位小閘運(yùn)轉(zhuǎn)位故障事件；大閘制動(dòng)位小閘運(yùn)轉(zhuǎn)位故障事件；大閘緊急制動(dòng)小閘運(yùn)轉(zhuǎn)位故障事件；大閘過(guò)充位小閘運(yùn)轉(zhuǎn)位故障事件；大閘重聯(lián)位小閘運(yùn)轉(zhuǎn)位故障事件；大閘運(yùn)轉(zhuǎn)位小閘制動(dòng)位時(shí)故障事件；大閘運(yùn)轉(zhuǎn)，小閘中立位時(shí)故障事件；檢查按鈕故障事件；空電聯(lián)合制動(dòng)時(shí)故障故障事件；(空氣位)大閘運(yùn)轉(zhuǎn)位，小閘制動(dòng)位時(shí)故障事件；(空氣位)大閘運(yùn)轉(zhuǎn)小閘運(yùn)轉(zhuǎn)位故障事件；(空氣位)大閘運(yùn)轉(zhuǎn)，小閘緩解故障事件；(空氣位)大閘運(yùn)轉(zhuǎn)，小閘保壓故障事件。29基于制動(dòng)機(jī)工況故障樹(shù)模型306.5故障診斷的知識(shí)構(gòu)成知識(shí)是以各種方式把多個(gè)信息關(guān)聯(lián)在一起的信息結(jié)構(gòu)．是人類在長(zhǎng)期的生產(chǎn)和實(shí)踐活動(dòng)中所積累的認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)．研究知識(shí)的構(gòu)成實(shí)質(zhì)上是對(duì)知識(shí)進(jìn)行分類處理和合理的形式化描述．診斷知識(shí)具體可分為：故障征兆、背景知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、模型知識(shí)、過(guò)程知識(shí)、決策知識(shí)和控制知識(shí)．311.故障征兆故障征兆屬于事實(shí)性知識(shí)，它是對(duì)故障各種特征屬性值表現(xiàn)為異常時(shí)的一種定性或定量描述．

2．背景知識(shí)背景知識(shí)分為兩類：

(1)第1類背景知識(shí)主要是指來(lái)自理論分析、故障機(jī)理研究、模型實(shí)驗(yàn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、故障可能引起的后果分級(jí)等．(2)第2類背景知識(shí)主要是指設(shè)備在運(yùn)行時(shí)所發(fā)生故障的情景描述，包括故障類型、故障現(xiàn)象、處理措施等．323．經(jīng)驗(yàn)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)是指領(lǐng)域?qū)＜以陂L(zhǎng)期的設(shè)備故障診斷實(shí)踐中積累起來(lái)的關(guān)于如何進(jìn)行故障診斷的啟發(fā)式知識(shí)，是一種淺知識(shí)．經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的最大特點(diǎn)在于其啟發(fā)式，因而求解效率很高，這對(duì)實(shí)時(shí)性有嚴(yán)格要求的情況是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)；

4．模型知識(shí)模型知識(shí)是指基于設(shè)備的結(jié)構(gòu)、行為和功能描述的診斷知識(shí)．這類知識(shí)屬于深層知識(shí)，與經(jīng)驗(yàn)知識(shí)不同，它能夠?qū)ξ丛A(yù)料到的故障進(jìn)行診斷.335．過(guò)程知識(shí)過(guò)程知識(shí)常常反映一個(gè)動(dòng)態(tài)的具有時(shí)序的過(guò)程．如果一個(gè)過(guò)程能用數(shù)學(xué)模型來(lái)描述，則過(guò)程知識(shí)能用一段計(jì)算機(jī)程序來(lái)描述．6．決策知識(shí)決策知識(shí)是指設(shè)備及其各分系統(tǒng)、部件和元件出現(xiàn)異常發(fā)生故障時(shí)是否應(yīng)該或采取怎樣的處理措施，針對(duì)各類故障可采用的檢測(cè)和維修方案，以及故障再現(xiàn)對(duì)策和故障排除對(duì)策．