机电控制系统故障诊断
发布时间:2022-10-19 02:39:18
机电控制系统故障诊断
机电控制系统故障诊断 2011: 摘 要:回顾状态监测与故障诊断的发展历史;总结目前故障诊断的主要理论和方法;阐明现代故障诊断的主要内容及发展趋势。
关键词:机电控制系统 故障诊断 状态监测 可信性系统
中图分类号:TM307 文献标识码:A 文章编号:1006-7973(2006)08-0151-02
一、故障诊断技术的发展历史
故障诊断(FD)始于(机械)设备故障诊断,其全名是状态监测与故障诊断(CMFD)。它包含两方面内容:一是对设备的运行状态进行监测;一是在发现异常情况后对设备的故障进行分析、诊断。设备故障诊断是随设备管理和设备维修发展起来的。欧洲各国在欧洲维修团体联盟(FENMS)推动下,主要以英国倡导的设备综合工程学为指导;美国以后勤学(Logistics)为指导;日本吸收二者特点,提出了全员生产维修(TPM)的观点。我国在故障诊断技术方面起步较晚,1979年才初步接触设备诊断技术,目前在化工、冶金、电力等行业应用较好。故障诊断技术经过30多年的研究与发展,已应用于汽轮发电机组、大型电网系统、石油化工过程和设备、飞机和船舶发动机、汽车、冶金设备、矿山设备和机床等领域。
二、故障诊断的主要理论和方法
故障诊断技术作为一门综合性新学科——故障诊断学,还是近些年发展起来的。从不同的角度出发,有多种故障诊断分类方法,这些方法各有特点.从学科整体可归纳成以下理论和方法:基于机理研究的诊断理论和方法; 基于信号处理及特征提取的故障诊断方法;模糊诊断理论和方法;振动信号诊断方法;故障树分析诊断方法;故障诊断灰色系统理论和方法;故障诊断专家系统理论和方法;故障模式识别方法;故障诊断神经网络理论和方法;基于数学模型的故障诊断理论和方法。
故障诊断理论和方法分类很多,但可归纳为2类:(l)基于非模型的故障诊断理论和方法:基于知识推理、人工钾能、专家系统的诊断方法;基于模式识别和神经网络的诊断方法。(2)基于系统数学模型和现代控制理论、方法的故障诊断理论和方法,也包括相互间的结合和集成。
三、现代故障诊断的主要内容
现代故障诊断包括3方面的主要内容:故障检测;故障分离(诊断);故障修复,统称为故障的检测、分离和修复(FDIA)。故障诊断系统的性能:及时性(速度);敏感性和鲁棒性:误报率、漏报率、错报率和确诊率;全面性(针对所有类型故障)。
1.故障检测
在进行故障检测之前,需做以下假设:系统中的故障导致系统参数有变化,如故障使输出变量、状态变量、残差变量等其中之一或多个有变化。这是所有故障诊断方式都必须遵守的假设条件。故障检测是指确定系统是否发生故障的过程,即对一非正常状态的检测过程。通过不断监测系统可测量变量的变化,在标称情况下,认为这些变量在某一不确定性下满足一已知模式,而当系统任一部件故障发生时,这些变量偏离其标称状态。通常根据系统输出或状态变量的估计残差的特性来判断故障。目前研究的目标是检测的及时性、准确性和可靠性及最小误报和漏报率。
2.故障诊断
故障诊断指根据残差方向和结构来分离出故障的部位,判断故障的种类,估计出故障的发生时间、大小和原因,进行评价与决策的过程。故障分类是将故障按其严重程度进行分类,以便采取相应措施。故障的评价和决策是指根据故障的类别、严重程度,决定是否采取修复、补救、隔离或改变控制率等措施,以防止故障的影响和传播,预防灾难事故的发生。
3.故障修复
故障修复指根据故障诊断结论,或是改变控制率或是控制重构或是系统重构,使整个系统在故障发生情况下,保证稳定并改善系统性能。故障修复是自主系统(AS)和智能系统(AIS)的重要环节.故障修复把故障状态检测和故障诊断与自动控制紧密联系起来,使故障诊断具有更深远意义和广阔的应用前景。故障修复理论和方法将是目前和将来的研究方向。
四、现代故障诊断的发展趋势
现代故障诊断的发展方向是与容错控制、冗余控制、监控控制和余度管理等可靠性系统设计相结合的,是实现主动维修策略、监测控制、容错控制、自治控制、可信性系统等设计中的一个关键。
1.解析余度管理
现代余度管理从硬件余度向综合余度和解析余度管理发展。20世纪70年代,随着计算机技术及其计算能力、可靠性的提高,现代控制理论的产生和发展,出现了以分析冗余取代物理(硬件)冗余的余度可靠性设计和余度管理思想。分析余度方式是利用状态估计、参数估计、自适应滤波、变量间值逻辑、统计决策理论和综合逻辑的信号处理技术,可以在电子电路或计算机上实现。目前实施的余度管理方式还是综合方式,即包括硬件余度和解析余度。发展方向是分析余度。
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