基于测试性D矩阵的故障诊断策略研究
发布时间：2020-06-10 10:07
【摘要】：卫星、武器系统等高精尖装备技术与结构日渐复杂,功能与性能日益提高,传统检测方式已不能胜任复杂测试任务,更不能及时反馈装备的运行状态,这迫使人们开展装备测试性设计与研究。测试性是一种设计特性,不仅能及时反映装备健康状况和运行状态,还可实现内部故障的诊断隔离,已经广泛应用在航空航天、武器装备等领域。诊断策略是测试性设计的重点,是改善装备故障诊断能力、提高诊断效率、降低全寿命周期费用的关键。D矩阵(Dependence matrix)是实现诊断策略和测试性分析的基础,也是测试性模型向诊断策略转化的“数据桥梁”。针对传统诊断策略的效果差、相应算法考虑问题不全以及应用方式不合理等问题,本文基于测试性D矩阵深入细致地研究了单故障、多故障和多值属性系统的诊断策略,主要内容和研究成果有:(1)为改善一步向前和多步向前寻优算法的诊断结果,融合D矩阵的故障检测权值和信息熵,设计了 Mixl和Mix2两种新贪婪算法。通过经典算例、某型风门控制系统、飞机襟翼控制系统及某型激光捷联惯导系统等的D矩阵验证了新算法的正确性。随机仿真实验证明:与传统的贪婪算法相比,Mixl和Mix2算法避免遗漏重要信息,能在合理时间内获得较低费用的测试序列,且具有较大适用范围。传统多步向前寻优Rollout算法仅考虑信息熵,因此采用Mix2算法改进Rollout算法,改进的Rollout算法能获得更好结果及更广适用范围。(2)为搜索最优诊断结果,提出了一种多步向前寻优的Growing算法。新算法将测试序列寻优问题简化为基本测试集和不必要测试优化组合的问题,并通过先选择故障后确定测试序列,避免了传统算法回溯过程。通过经典算例、五组实际系统和随机仿真实验验证了 Growing算法的正确性和稳定性,适用于密度小于30%的D矩阵。另外,通过扩展信息熵启发算式,Growing算法可适用于多值属性系统。与传统算法相比,当多值D矩阵维数大于60×60时,扩展的Growing算法能以较短时间取得较好诊断结果。(3)为降低多故障诊断的期望测试费用,引入了一种基于单故障化的多故障诊断与维修策略(Multiple fault diagnosis and maintenance strategy by translating into single fault,MFDMSTS)。新策略分为两阶段:多故障单故障化阶段实现了单故障算法处理多故障问题;多故障维修阶段设计了完全二叉树形式的维修策略,完成了多故障的诊断隔离。为降低运行时间、提高多故障诊断效率,给出了 MFDMSTS的简化形式,确定了适用范围。基于信息熵启发算式、rollout策略和MFDMSTS的理论,为多故障诊断提出了一步向前寻优算法和多步向前寻优算法,并讨论了其适用范围。(4)群智能算法搜索最优诊断策略时,为当前所有模糊子集选择一个测试,但对某些子集,选择的测试并不是最优。为解决此问题,将多值属性系统的测试序列寻优分别与蚁群算法和离散粒子群算法融合,基于多值D矩阵设计了 ANT-TS算法和PSO-TS算法。新算法兼具随机性和指向性,不仅提高了算法的寻优能力,还降低了运行时间、提高了效率。随机仿真实验验证了其正确性与稳定性,结果表明:与传统的蚁群算法相比,ANT-TS算法和PSO-TS算法参数、循环次数和期望测试费用少,算法运行速度快;与多值Rollout算法相比,ANT-TS算法能获得费用较少的测试序列。综上所述,Mixl和Mix2算法均融合了故障检测权值和信息熵,改善了一步向前寻优算法的诊断结果。基于Mix2改进的Rollout算法获得了更好诊断结果和更广适用范围。Growing算法适用于密度小于30%的D矩阵,扩展后的Growing算法适用于维数大于60×60的多值乃矩阵。MFDMSTS及其简化形式降低了多故障诊断的期望测试费用,提高了多故障的隔离率。ANT-TS算法和PSO-TS算法实现了多值属性系统的诊断策略寻优,具有参数和循环次数少、期望测试费用低等特点。本文理论和算法在随机仿真实验和复杂系统测试中得到了验证,可为大型复杂系统提供可靠诊断策略,为测试性和综合故障诊断提供一定基础理论和技术支撑,拓展了测试性理论的应用领域。
【图文】：
１．４．１论文组织结构逡逑全文围绕基于测试性Ｄ矩阵的故障诊断策略及其衍生问题展开了研究，总共分７逡逑章内容，论文的组织结构如图１．１所示。逡逑（逦第１章逡逑逦绪论逦逡逑＊研[偙尘坝胍庖澹谕庋芯拷瑰义媳疚闹饕芯磕谌蒎五澹叔义系ィ疱逭稀桢澹晒叔褰疱危海撸矗剩掊义稀鲥骞沐蔚冢舱洛喂沐蔚冢轠珏危五澹诲义希慑位谔袄匪惴ǖ恼抡锒喜呗藻澹咛峁┦担咤澹净诙嗖较蚯把坝诺墓收险锒喜呗藻邋五义希哄五五甯慕幕″邋五义希畏ㄥ危停椋菜惴ㄥ危牵颍铮鳎椋睿缢惴ǎ慕模遥铮欤欤铮酰羲惴ǎ撸掊义希В鲥危诲危蓿诲澹卞澹慑义希五五澹澹撸撸咤澹邋五五五邋五五澹垮邋五五澹濉鲥邋五澹邋五五五澹邋五五邋五五五澹澹澹澹撸咤澹邋五五澹垮澹垮澹澹垮邋五澹垮邋五五五邋五五澹垮邋五五五邋五五五澹咤邋危垮义瞎收险锒喜呗缘难苌侍忮危儒危垮义稀福五巍唬憾靛澹桑垮义希慑骞沐蔚冢凑洛危掊我诲澹驽蔚冢嫡洛危慑澹冲义希
本文编号：2706141
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１．４．１论文组织结构逡逑全文围绕基于测试性Ｄ矩阵的故障诊断策略及其衍生问题展开了研究，总共分７逡逑章内容，论文的组织结构如图１．１所示。逡逑（逦第１章逡逑逦绪论逦逡逑＊研[偙尘坝胍庖澹谕庋芯拷瑰义媳疚闹饕芯磕谌蒎五澹叔义系ィ疱逭稀桢澹晒叔褰疱危海撸矗剩掊义稀鲥骞沐蔚冢舱洛喂沐蔚冢轠珏危五澹诲义希慑位谔袄匪惴ǖ恼抡锒喜呗藻澹咛峁┦担咤澹净诙嗖较蚯把坝诺墓收险锒喜呗藻邋五义希哄五五甯慕幕″邋五义希畏ㄥ危停椋菜惴ㄥ危牵颍铮鳎椋睿缢惴ǎ慕模遥铮欤欤铮酰羲惴ǎ撸掊义希В鲥危诲危蓿诲澹卞澹慑义希五五澹澹撸撸咤澹邋五五五邋五五澹垮邋五五澹濉鲥邋五澹邋五五五澹邋五五邋五五五澹澹澹澹撸咤澹邋五五澹垮澹垮澹澹垮邋五澹垮邋五五五邋五五澹垮邋五五五邋五五五澹咤邋危垮义瞎收险锒喜呗缘难苌侍忮危儒危垮义稀福五巍唬憾靛澹桑垮义希慑骞沐蔚冢凑洛危掊我诲澹驽蔚冢嫡洛危慑澹冲义希
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