基于狀態(tài)估計(jì)的多方法融合的故障預(yù)測算法研究.pdf

1、隨著人們對(duì)系統(tǒng)性能的安全性和可靠性要求的不斷提高，人們希望在系統(tǒng)僅僅出現(xiàn)微小的異常變化時(shí)，就能獲得故障未來發(fā)展變化的信息，從而控制故障的持續(xù)發(fā)展，進(jìn)一步減少事故發(fā)生的可能。與傳統(tǒng)的計(jì)劃維護(hù)體制相比，基于故障預(yù)測的預(yù)測維修技術(shù)能夠提高設(shè)備的使用率，從而減少維護(hù)費(fèi)用和生產(chǎn)成本。因此，研究和發(fā)展故障預(yù)測技術(shù)具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。故障預(yù)測算法通常先通過狀態(tài)的監(jiān)控信息和己知的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)等對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)做出估計(jì)，然后對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的演變趨勢進(jìn)行

2、預(yù)測?；诖耍疚牡难芯績?nèi)容分為兩個(gè)部分，第一部分分析了系統(tǒng)的非線性、模型不確定性、多重測量丟失、傳感器的采樣方式等因素對(duì)系統(tǒng)性能的影響，研究了幾類隨機(jī)的不確定性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)問題；第二部分考慮在己知系統(tǒng)解析模型時(shí)，基于機(jī)理模型的方法可以有效地預(yù)估系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，但對(duì)復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)來說依據(jù)機(jī)理建立精確的數(shù)學(xué)模型十分困難。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法可以利用系統(tǒng)的離、在線數(shù)據(jù)和其他知識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的預(yù)報(bào)和診斷。但數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的故障預(yù)報(bào)方法除了需要系統(tǒng)正常

3、運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)之外還需要系統(tǒng)非正常運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)，要獲得系統(tǒng)故障狀態(tài)下的運(yùn)行數(shù)據(jù)常需要極高的代價(jià)，甚至是災(zāi)難性的。本文研究了融合兩類方法的合適框架，充分使用已有的機(jī)理知識(shí)和歷史數(shù)據(jù)，研究了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)估計(jì)方法來提高預(yù)測精度的問題。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對(duì)時(shí)變隨機(jī)的非線性系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)問題，綜合考慮了乘性噪聲、參數(shù)不確定性和多重測量數(shù)據(jù)丟失對(duì)濾波器性能的影響，設(shè)計(jì)了最小方差意義下的具有迭代形式的濾波器，使得該濾波器不僅對(duì)系

4、統(tǒng)參數(shù)的不確定性具有魯棒性，對(duì)濾波器參數(shù)的變化也有非脆弱性。⑵針對(duì)一類基于事件驅(qū)動(dòng)采樣控制、帶有多重測量丟失和不確定性的非線性系統(tǒng)，根據(jù)最小方差準(zhǔn)則，研究了濾波器的設(shè)計(jì)問題，在每一個(gè)采樣時(shí)刻，通過設(shè)計(jì)合適的濾波器增益矩陣實(shí)現(xiàn)最小化狀態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差的上界。所采用的濾波器具有迭代遞推的形式，能夠在線的進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)估計(jì)誤差進(jìn)行了分析，利用隨機(jī)分析理論，在一定條件下，證明了估計(jì)誤差的均方有界性。⑶針對(duì)基于模型的濾波方法過度依賴所建立

5、的系統(tǒng)模型，而數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的預(yù)測穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性較差的問題，提出了基于無跡卡爾曼濾波和相關(guān)向量機(jī)融合的預(yù)測方法。綜合考慮長期和短期數(shù)據(jù)對(duì)未來趨勢的影響，將相關(guān)向量機(jī)預(yù)測得到的未來時(shí)刻的濾波器殘差項(xiàng)與短期的殘差項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)加權(quán)，并代入到無跡卡爾曼濾波器之中實(shí)現(xiàn)了對(duì)濾波器的動(dòng)態(tài)調(diào)整和預(yù)測更新，從而提高了預(yù)測的準(zhǔn)確性。⑷針對(duì)中/長時(shí)間跨度的預(yù)測精度較低的問題，同時(shí)，改善隨著預(yù)測步長的增加數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的預(yù)測值誤差增大對(duì)融合算法的不利影響，在融合