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故障检测与诊断技术综述
【摘要】本文对故障检测与诊断技术进行了综述,主要介绍了故障诊断的重要性及经济效益,介绍了故障诊断的基本分析方法,结合学科交叉融合性,介绍了多学科相结合的故障诊断分析方法。
【关键词】故障检测;故障诊断;小波分析
一、概述
现代化工业技术发展突飞猛进,现代工业自动化程度越来越高,系统规模也越来越大,简单控制系统已经不能达到工业生成的需求,大规模、综合性、复杂的自动化系统运用越来越广[1]。自动化设备和系统结构的日益复杂和集成化,使得系统发生故障的机率也增加,故障的产生会毁坏设备,影响系统正常运转,甚至造***员伤亡。国内外由于设备故障所引起的设备损坏、锅炉爆炸、道路塌陷,不仅造成经济损失也造***员伤亡,社会影响及其恶劣。为了达到以人为本同时维护经济的目的,可以加强系统的稳定性、可靠性、鲁棒性和安全性,但任何设备都不可能无限期使用,这就需要防患于未然,因此故障检测技术应运而生。
二、故障检测重要性
故障检测技术是是一门多学科融合交叉性学科[1],如:信号提取则依赖于传感器及检测技术;信号降噪离不开信号处理技术;状态估计和参数估计方法以系统辨识理论为基础;鲁棒故障诊断涉及到鲁棒控制理论知识;此外数值分析、概率与数理统计等基础学科也是故障检查和诊断不可缺少的方法。多门学科知识的支撑确保了故障诊断技术的迅速发展,在工业领域也应用广泛,如化工生产、冶金工业、电力系统、航空航天、机器人等生产的各个领域。
三、故障检测技术经济效益
数据显示[2],故障检测技术与经济发展息息相关,对故障检测技术的研究与发展越来越多,在工业生产中也得到了应用和推广。通过故障诊断技术的推广,大大降低了设备维修费用,各国在故障诊断技术上的投入也逐渐增加。%,德国和美国所占比例分别为 %%。在冶金工业生产中,我国每年承担的设备维修的费用就高达 250 亿元,金额庞大,然而如果应用故障检测与诊断技术,每年可以减少事故发生率同时也能节约 10%~30%的维修费用。因此故障检测能带来经济效益,不容小觑。
四、故障检测的分析方法
(一)状态估计法
状态估计法一般分为两步:首先求取残差,再从残差数据中提取故障特征从而实现故障诊断。目前状态估计法的故障检测诊断方法方兴未艾,如H2估计[3]、鲁棒故障检测与反馈控制的最优集成设计方法[4]等。
(二)等价空间法
低阶的等价向量在实现过程中较易实现但性能不佳,而高阶的等价向量能够得到较理想的性能参数,但以较大的计算量和计算时间为代价。为了解决上述问题,文献[5]采用窄带IIR滤波器运用于等价空间法中,在几乎不改变计算量的前提下,提高系统检测性能,但此方法会产生较高的漏报率。
(三)参数估计法
参数估计法是因为模型参数和相应的物理参数的特点不同,分别统计这两类参数的变化特性来分析和确定故障。物理参数携带重要的信息,具有物理含义,因此,可以分析物理参数的特点,如果异常可以确定故障位置。与状态估计法比较,参数估计法能更有效的故障确定。参数估计法研究越来越丰富,故障诊断方法新成果倍出[6]。
(四)热门的分析方法
(1)小波分析技术
小波分析由于具有时频域局部化特性[7],可任意调节时间窗和频率窗,因此突变信号