复杂机电装备故障诊断关键技术研究

论文摘要

本文以复杂机电装备智能故障诊断应用为背景，以Petri网理论与面向对象技术为中心线索，综合运用模糊与概率理论、Petri网理论、面向对象技术及仿真技术等对复杂机电装备故障传播与故障诊断过程的建模、仿真及应用问题进行了深入的研究。 本文的主要研究内容及其成果如下： 1．将用于离散系统建模的高级Petri网技术、模糊与概率理论和面向对象的思想进行集成，提出一种描述故障传播与故障诊断过程的模型——模糊概率Petri网(FPPN)，并详细介绍了这种描述方式的定义、演化形式及其进行故障诊断的推理方式。实践证明，这种描述方式具有建模复杂系统故障传播和诊断过程的能力。 2．提出一种适应于FPPN模型的复杂系统故障诊断求解方法，该方法利用Lagrangian松弛法和次梯度优化法相结合，求解在某些正常和异常现象已知的情况下的最大概率故障源集合。该方法避免了组合爆炸问题，能够适应一定规模的、基于FPPN模型的故障诊断问题求解。 3．将面向对象设计技术融入复杂系统的建模过程，建立了描述复杂系统故障传播与故障诊断过程的模型一面向对象的模糊概率Petri网系统(FPPNS)。面向对象设计技术增强了模型的可重用性、可扩展性和可维护性，从而使FPPNS模型具有模块化的特征。FPPNS模型利用对象内嵌于Petri网和Petri网内嵌于对象相结合的方法，扩展了模型的建模能力和推理能力。 4．提出一种构造复杂Petri网仿真程序的方法，该方法采用面向对象的编程思想，构建了一种面向对象的仿真器，并采用基于控制层与操作层的仿真控制策略，以类及其实例的方式实现从Petri网结构到程序结构的转换。 5．提出一种基于FPPNS的故障诊断仿真算法，该算法采用库所对象与变迁对象动态扫描机制，采用最小下次事件推进原理实时控制两个对象的状态变化，从而实现仿真系统的演化。 6．建立了复杂机电装备FPPNS模型，对该模型所涉及的对象类进行定义，

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究背景
• 1.2 故障诊断技术的研究现状
• 1.2.1 故障诊断技术发展
• 1.2.2 故障诊断方法综述
• 1.2.3 国内外故障诊断系统研究现状
• 1.3 存在问题及解决途径
• 1.4 本文研究内容
• 1.4.1 研究思路
• 1.4.2 章节安排
• 1.4.3 课题来源
• 1.5 本章小节
• 第二章 复杂机电装备故障诊断系统体系研究
• 2.1 智能故障诊断
• 2.2 系统总体框架
• 2.2.1 系统总体结构
• 2.2.2 系统逻辑结构
• 2.2.3 系统协同性架构
• 2.3 系统信息模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 复杂机电装备故障诊断建模方法研究
• 3.1 故障诊断建模要求
• 3.2 基于面向对象技术和 Petri网的建模方法
• 3.2.1 面向对象的建模方法
• 3.2.2 Petri网建模方法
• 3.2.3 面向对象与 Petri网相结合的建模方法
• 3.3 模糊概率 Petri网-FPPN
• 3.3.1 复杂机电装备故障传播分析
• 3.3.2 FPPN定义
• 3.3.3 FPPN演化
• 3.3.3.1 FPPN变迁
• 3.3.3.2 FPPN冲突处理
• 3.3.3.3 FPPN演化流程
• 3.3.4 基于FPPN的故障诊断推理
• 3.3.4.1 单故障源诊断
• 3.3.4.2 多故障源诊断
• 3.3.5 FPPN特性
• 3.4 面向对象的模糊概率 Petri网系统-FPPNS
• 3.4.1 实体对象的图形化表示
• 3.4.2 FPPNS定义
• 3.4.3 FPPNS的建模过程
• 3.4.4 FPPNS模型存储结构
• 3.4.5 基于FPPNS的诊断算法
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于FPPNS的故障诊断仿真方法
• 4.1 故障诊断仿真需求
• 4.1.1 复杂系统仿真
• 4.1.2 仿真在故障诊断中的作用
• 4.1.3 故障诊断对仿真的要求
• 4.2 基于FPPNS的故障诊断仿真控制策略
• 4.2.1 面向对象的仿真器
• 4.2.2 仿真钟推进
• 4.2.3 仿真控制策略
• 4.2.3.1 控制层策略
• 4.2.3.2 操作层策略
• 4.3 基于FPPNS的故障诊断仿真
• 4.3.1 FPPNS的网元素实现
• 4.3.2 基于 FPPNS的仿真算法
• 4.3.3 实例仿真
• 4.3.3.1 仿真程序结构
• 4.3.3.2 实例仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 复杂机电装备 FPPNS模型
• 5.1 建模思路
• 5.2 复杂机电装备结构与故障特性分析
• 5.2.1 复杂机电装备结构分析
• 5.2.2 复杂机电装备故障的不确定性与动态性分析
• 5.3 复杂机电装备 FPPNS模型
• 5.3.1 某复杂机电装备对象类构造
• 5.3.2 某复杂机电装备FPPNS模型对象类定义
• 5.3.3 某复杂机电装备对象类 FPPN模型
• 5.3.3.1 A对象类 FPPN模型
• 5.3.3.2 B对象类 FPPN模型
• 5.3.4 复杂机电装备 FPPNS模型
• 5.4 本章小节
• 第六章 基于网络环境的复杂机电装备故障诊断系统实现
• 6.1 系统开发背景
• 6.2 系统需求分析
• 6.2.1 现行复杂装备保障服务体系分析
• 6.2.2 系统功能需求分析
• 6.2.3 系统性能需求分析
• 6.3 系统实现
• 6.3.1 系统体系结构
• 6.3.2 开发环境和开发工具
• 6.3.3 系统运行
• 6.3.4 系统使用情况
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 对本文工作的总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 英文缩写索引
• 攻读博士期间科研、论文发表情况
• 致谢