工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷技術(shù)研究.pdf

1、工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)作為工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)和載體，其故障不但將直接影響網(wǎng)絡(luò)本身的正常運(yùn)行，而且作為過(guò)程無(wú)線控制系統(tǒng)和大型機(jī)械設(shè)備監(jiān)控的基礎(chǔ)，若不及時(shí)排除節(jié)點(diǎn)故障，將直接威脅到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。但另一個(gè)方面由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，加上節(jié)點(diǎn)的射頻部件和傳感部件需要與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)直接接觸，導(dǎo)致其出現(xiàn)故障的概率大大提高，因此對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的故障診斷和監(jiān)控是必要的。故障診斷隨著人們對(duì)可靠性、安全性的要求提高，已經(jīng)發(fā)展成為一門系統(tǒng)的科學(xué)，包括基于解析模型

2、的故障診斷方法、基于信號(hào)處理的故障診斷方法、基于人工智能的故障診斷方法。但目前對(duì)工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷的具體方法研究較少，甚至對(duì)一般傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障研究也不多。本文以WIA-PA為工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的載體研究工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障技術(shù)。
　　 本文首先分析了現(xiàn)有的三種節(jié)點(diǎn)故障診斷方法，總結(jié)了基于節(jié)點(diǎn)冗余方法的優(yōu)點(diǎn)及其被廣泛研究和應(yīng)用的原因，針對(duì)工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不具備空間相關(guān)性的特點(diǎn)以及現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)診斷技術(shù)誤診率高、實(shí)時(shí)性差、人為性強(qiáng)和不

3、適用于監(jiān)控等缺點(diǎn)，以工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所擁有的大量現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)為現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，以故障信號(hào)的奇異性為理論基礎(chǔ)，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能性以及小波變換時(shí)頻局部分析的優(yōu)越性，提出了一種基于解析冗余的工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障診斷方法。
　　 在提出基于解析冗余節(jié)點(diǎn)故障診斷思想方法的基礎(chǔ)上，從方法實(shí)現(xiàn)的角度，推導(dǎo)了方法的模型，給出了方法的實(shí)現(xiàn)流程，研究了方法實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)研究了工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的架構(gòu)設(shè)計(jì)，確定了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層數(shù)，確定了學(xué)

4、習(xí)目標(biāo)、初始權(quán)值以及學(xué)習(xí)最大次數(shù)，確定了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各層的節(jié)點(diǎn)數(shù)，完成了工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)造設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)；針對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)量附加法以及自適應(yīng)學(xué)習(xí)速率沒(méi)有分層考慮隱含層和輸出層虛假最優(yōu)以及調(diào)節(jié)速率矛盾性的缺點(diǎn)，提出了一種層級(jí)改進(jìn)學(xué)習(xí)算法以進(jìn)一步改善BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)速率；針對(duì)小波分析需要選擇最優(yōu)小波基的問(wèn)題，從工程經(jīng)驗(yàn)和小波函數(shù)數(shù)學(xué)屬性兩個(gè)角度分析選擇了Db系列小波作為小波分析的基函數(shù)。此外，針對(duì)無(wú)線通信對(duì)信號(hào)的干擾，以節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)

5、組件為基礎(chǔ)，對(duì)結(jié)合了信號(hào)、能量、鏈路質(zhì)量等因數(shù)的故障綜合診斷進(jìn)行了初步探討，提出了一種以解析冗余和監(jiān)測(cè)部件為基礎(chǔ)的節(jié)點(diǎn)故障綜合診斷方法。最后，通過(guò)三組仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)本文的主要工作進(jìn)行了驗(yàn)證。第一組仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所提出了層級(jí)改進(jìn)算法在BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)速率上具有明顯的改善效果，比原來(lái)平均提高了10％；第二組仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了基于解析冗余節(jié)點(diǎn)故障診斷方法的可行性；第三組仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文所提出了方法比現(xiàn)有方法診斷準(zhǔn)確率提高了11％的同時(shí)