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提出一种基于模糊神经网络的多级故障诊断系统,根据多级的需要,除了建立故障谱知识库外,还分别建立了频谱特征知识库、振动变化特征知识库和故障位置特征知识库,并对其主要功能做了比较细致的论述。文中特别对第1, 3级采用的基于模糊组织径向基函数神经网络及第2级采用的模糊逻辑神经网络的学习算法做了较全面的论述,同时解决了模糊神经网络随着输入变量的增加,模糊规则呈指数增长带来网络训练的困难。通过试验,研究了该系统在某炼油厂重催化机组故障诊断中的具体应用。
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第31卷第2期
2001年3月
东南大学学报
(自然科学版 )
JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY (Natural Science Edition )
Vol.31 No.2
Mar . 2001
多级模糊神经网络在故障诊断中的应用
姚洪兴 赵林度 盛昭瀚
(东南大学系统工程研究所 ,南京 210096 )
摘要 :提出一种基于模糊神经网络的多级故障诊断系统 ,根据多级的需要 ,除了建立故障谱知
识库外 ,还分别建立了频谱特征知识库、振动变化特征知识库和故障位置特征知识库 ,并对其
主要功能做了比较细致的论述 .文中特别对第 1 ,3 级采用的基于模糊组织径向基函数神经网
络及第 2 级采用的模糊逻辑神经网络的学习算法做了较全面的论述 ,同时解决了模糊神经网
络随着输入变量的增加 ,模糊规则呈指数增长带来网络训练的困难 .通过试验 ,研究了该系统
在某炼油厂重催化机组故障诊断中的具体应用 .
关键词 :故障诊断 ;神经网络 ;模糊规则 ;智能诊断 ;专家系统
中图分类号 : TP18 文献标识码 : A 文章编号 :
1001 - 0505 (2001 )02-0059-05
收稿日期 :2000-05-26 . 作者简介 : 姚洪兴 ,男 ,1964 年生 , 博士研 究生 ,副教授 .
近年来 ,故障诊断专家系统在旋转机械中得到广泛的应用 ,然而通过深入研究表明 ,目前很多故障诊
断专家系统应用于复杂设备故障诊断时 ,遇到了知识获取的“瓶颈”问题、自学习问题和知识库的循环递推
等实际问题 .当前国内外通过神经网络技术 ,在旋转机械故障诊断中的应用取得了一些进展
[1 ,2 ]
.主要体
现在 :选用不同的网络模型 ,对神经网络的学习算法加以改进
[3 ]
.另外神经网络与模糊诊断、专家系统、混
沌时间序列预测等其它诊断技术相结合 ,组成复合诊断系统
[4 ]
,然而神经网络诊断技术还不够完善 ,主要
有以下几个问题 :① 网络模型就是诊断模型 ,抹煞了故障诊断的技术内容 ,仅仅将它看作为一个由故障特
征空间到故障模式空间的非线性映射关系 .② 用于神经网络学习的标准故障样本 ,仅限于频谱特征、振动
变化特征等 ,它们有利于故障类型的识别 ,但不能进一步确定故障位置和应急措施 .③ 学习样本的组织 ,
人工干预较多 ,缺少理论指导 ,不利于大型机组的故障诊断 .④ 模糊神经网络也存在问题 ,随着输入变量
的增加 ,模糊规则呈指数增长 ,因此可以采用将网络分解成若干小网络 ,每个小网络包含尽可能少的输入
变量 ,分别训练小网络 ,确定每个小网络的网络结构和模糊规则 ,然后将训练好的小网络综合成一个大网
络 .经过网络的逐级分解 ,模糊规则大大减少 ,网络规模也大大减少 ,从而使得网络能够应用于具有多个
输入变量的复杂问题
[5 ]
.这几年 ,对于大型机组还没有研制一个实用的综合神经网络故障诊断系统 . 为
克服上述诊断方法的一些不足 ,作者认为应将模糊技术、专家系统和神经网络有机地结合 ,选择适当的神
经网络 ,进行优势互补 ,寻求一种多级模糊神经网络诊断系统的方法 .
1 模糊神经网络诊断模型
将模糊系统和人工神经网络结合起来 ,为此提出一种与模糊系统等价的模糊神经网络 .由于模糊神经
网络继承了人工神经网络的学习能力 ,通过对数据样本(频谱特征知识库 )的学习 ,可以自动总结模糊规
则 ,并自动调整 ,从而得到满足要求的权值和偏差
[6 ]
,实行第 1 级诊断 .第 1 级诊断利用频谱特征将机组故
障状态归于某一大类故障类型 ,如碰摩类、高频类、工频类和低频类 .为了进一步了解具体的故障类型 ,不
仅要靠频谱特征 ,还要通过振动变化特征来实现 ,通常振动变化特征包括 2 个方面 ,即机组启停机过程中
振动的变化特性和机组发生故障时振动相关量的变化特征 . 因此采用由标准故障振动变化特征知识库、
模糊逻辑神经网络、故障振动变化特征组成第 2 级诊断系统 ,第 2 级诊断系统一般能最终确定机组的故障
类型 .
原来的故障诊断系统 ,一旦确定故障类型 ,忽视了对机组故障位置及严重程度作出估计 ,
由于服务器
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