基于熵的傳感器故障診斷方法研究.pdf

1、隨著自動(dòng)化技術(shù)和智能化技術(shù)的發(fā)展和提高，傳感器廣泛地應(yīng)用于各種系統(tǒng)中。無論是多傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用系統(tǒng)，還是單傳感器的應(yīng)用系統(tǒng)，單個(gè)傳感器都是每種應(yīng)用中獲取數(shù)據(jù)的最基礎(chǔ)的單元，其工作狀態(tài)直接影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在實(shí)際應(yīng)用中，由于外部環(huán)境因素以及傳感器內(nèi)部原因，傳感器極易發(fā)生故障甚至損壞，降低被測(cè)信息的準(zhǔn)確性，在低質(zhì)量信息基礎(chǔ)上進(jìn)行的后續(xù)的判斷、識(shí)別、決策和控制等處理就失去了真正的意義，因此傳感器故障的正確診斷識(shí)別是確保系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，具有

2、重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本論文針對(duì)三種傳感器常見的基礎(chǔ)故障，綜合利用信號(hào)處理技術(shù)手段，聯(lián)合多維度信息分析和研究單個(gè)傳感器故障的特征提取和診斷識(shí)別方法，從數(shù)據(jù)采集的基本單元提高被測(cè)信息的可靠性，保證傳感器的有效使用。
　　論文基于傳感器故障特征跨子帶分布的特性，在小波時(shí)間熵的基礎(chǔ)上，以多個(gè)子帶小波系數(shù)為整體作為信息熵的計(jì)算對(duì)象，提出了基于多子帶小波時(shí)間總熵的傳感器故障特征提取方法。以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為分類器，形成了基于多子帶小波時(shí)間

3、總熵的特征提取和故障識(shí)別方法。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這種識(shí)別方法的識(shí)別準(zhǔn)確度可達(dá)到96％，比小波時(shí)間熵為特征的識(shí)別準(zhǔn)確度提高約20％，驗(yàn)證了該識(shí)別方法的有效性，同時(shí)也說明了多子帶小波時(shí)間總熵能有效的表示傳感器故障特征。
　　其次，本文將排列熵引入到傳感器故障特征表示中，利用多尺度加權(quán)排列熵表示多個(gè)尺度上信號(hào)的局部結(jié)構(gòu)特性和幅度特性，結(jié)合小波變換的多分辨率分析對(duì)信號(hào)全局結(jié)構(gòu)特性的有效表示，提出了基于小波變換的多尺度加權(quán)排列熵的傳感器故障特征

4、提取方法。針對(duì)提取的特征矢量維度高的問題，提出了聯(lián)合特征選擇MCFS和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類器。利用上述特征提取方法和分類器形成傳感器故障識(shí)別方法。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，信號(hào)特征矢量維度從20維降低到5維，識(shí)別準(zhǔn)確度仍舊保持在99％，驗(yàn)證了該識(shí)別方法和分類器有效可行，同時(shí)說明基于小波變換的多尺度加權(quán)排列熵能有效表示傳感器故障的多層面特征。
　　第三，本文從計(jì)算耗時(shí)、識(shí)別準(zhǔn)確度和抗噪聲性能方面分析比較了基于多子帶小波時(shí)間總熵和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器

5、的識(shí)別方法，以及基于小波變換的多尺度加權(quán)排列熵和特征選擇MCFS-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器的識(shí)別方法的優(yōu)缺點(diǎn)。后一種方法比前一種方法的識(shí)別準(zhǔn)確度提高3％，抗噪聲性能好，但是計(jì)算耗時(shí)大。另外，應(yīng)用不同幅度變化的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別算法的普適性分析，實(shí)驗(yàn)證明，第一種識(shí)別方法對(duì)于幅度變化小的數(shù)據(jù)有效，識(shí)別性能明顯改善，對(duì)于幅度變化大的數(shù)據(jù)的識(shí)別效果改善不大，第二種識(shí)別方法對(duì)于兩種數(shù)據(jù)都是有效的。
　　最后，基于信息熵是信息產(chǎn)生率的一種量化測(cè)度，

6、能表示信號(hào)每個(gè)時(shí)刻信息的變化，本文利用小波時(shí)間熵和排列熵對(duì)故障特征的提取能力，針對(duì)傳感器故障發(fā)生時(shí)刻的判斷問題，將滑動(dòng)窗口與特征表示相結(jié)合，提出了基于多子帶小波熵的傳感器故障定位方法，以及基于小波變換加權(quán)排列熵的傳感器故障定位方法。實(shí)驗(yàn)證明，第一種方法對(duì)于快變的偏移和stuck故障能通過脈沖峰值精確定位，對(duì)于慢變的漂移故障不能定位。第二種方法對(duì)于快變的偏移和stuck故障能通過脈沖上升沿精確定位，對(duì)于慢變的漂移故障能通過過渡帶進(jìn)行定位。