兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (3): 763-772.doi: 10.12382/bgxb.2021.0790
吕佳朋(), 史贤俊(
), 聂新华(
), 秦玉峰(
), 龙玉峰(
)
收稿日期:
2021-11-22
上线日期:
2022-06-16
作者简介:
![]() |
吕佳朋(1994—),男,博士研究生,研究方向为可诊断性评价与设计、故障诊断。E-mail:lvjiapeng001@163.com; |
![]() |
聂新华(1985—),男,讲师,博士,研究方向为智能检测与故障诊断。E-mail:nxhylng@163.com; |
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秦玉峰(1995—),男,博士,研究方向为故障可诊断性评价与设计。E-mail:hy_qyf082@163.com; |
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龙玉峰(1982—),男,工程师,博士,研究方向为系统建模、基于模型的诊断。E-mail:47314226@qq.com |
LÜ Jiapeng(), SHI Xianjun(
), NIE Xinhua(
), QIN Yufeng(
), LONG Yufeng(
)
Received:
2021-11-22
Online:
2022-06-16
摘要:
可诊断性反映了系统故障诊断的难易程度,对系统进行可诊断性评价是开展故障诊断工作的前提条件。针对可诊断性评价问题,将测点信号考虑在内,提出了一种基于递归图和张量分解的故障可诊断性评价方法。利用相空间重构技术对装备在不同状态下的测点信号进行图形化表示,形成递归图;对递归图进行分析以提取其中的特征,并将该特征视为原信号特征;通过张量分解的方法,计算不同状态下信号特征之间的相似程度,作为故障诊断难易程度的基本度量。通过仿真实验对所提出的方法与仅考虑系统模型的D矩阵的可诊断性评价方法进行对比,结果表明该方法在评价可诊断性方面具有准确性和客观性。
吕佳朋, 史贤俊, 聂新华, 秦玉峰, 龙玉峰. 基于递归图和张量分解的故障可诊断性评价方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(3): 763-772.
LÜ Jiapeng, SHI Xianjun, NIE Xinhua, QIN Yufeng, LONG Yufeng. Evaluation Method of Fault Diagnosability Based on Recursive Plot and Tensor Decomposition[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(3): 763-772.
指标 | 计算方法 | 物理含义 |
---|---|---|
递归率 | $RR=\frac{\sum\limits_{i=1}^{{{N}_{m}}}{\sum\limits_{j=1}^{{{N}_{m}}}{{{R}_{ij}}}}}{N_{m}^{2}}$ | 描述了递归图中递归点的密度,反映了一个特定状态出现的概率 |
确定性 | $DET=\frac{\sum\limits_{l={{l}_{\min }}}^{{{l}_{\max }}}{lp(l)}}{\sum\limits_{i=1}^{{{N}_{m}}}{\sum\limits_{j=1}^{{{N}_{m}}}{{{R}_{ij}}}}}$ | 描述了对角线结构的递归点数与所有递归点数的比例,反映了系统的可预测性 |
层流性 | $LAM=\frac{\sum\limits_{v={{v}_{\min }}}^{{{v}_{\max }}}{vp(v)}}{\sum\limits_{v=1}^{{{v}_{\max }}}{vp(v)}}$ | 描述了递归图中垂直线结构的递归点数量,反映了系统的间歇性和层次性 |
递归熵 | $ENTER = -\sum_{l=l_{\min }}^{N_{m}} p(l) \ln p(l)$ | 基于对角线长度频率分布的香农熵,描述了动力学系统种确定性结构和复杂度,反映了系统的动力学信息量或随机性程度 |
表1 递归图特征指标及物理含义
Table 1 Characteristic index of the recursive graph and their definitions in physics
指标 | 计算方法 | 物理含义 |
---|---|---|
递归率 | $RR=\frac{\sum\limits_{i=1}^{{{N}_{m}}}{\sum\limits_{j=1}^{{{N}_{m}}}{{{R}_{ij}}}}}{N_{m}^{2}}$ | 描述了递归图中递归点的密度,反映了一个特定状态出现的概率 |
确定性 | $DET=\frac{\sum\limits_{l={{l}_{\min }}}^{{{l}_{\max }}}{lp(l)}}{\sum\limits_{i=1}^{{{N}_{m}}}{\sum\limits_{j=1}^{{{N}_{m}}}{{{R}_{ij}}}}}$ | 描述了对角线结构的递归点数与所有递归点数的比例,反映了系统的可预测性 |
层流性 | $LAM=\frac{\sum\limits_{v={{v}_{\min }}}^{{{v}_{\max }}}{vp(v)}}{\sum\limits_{v=1}^{{{v}_{\max }}}{vp(v)}}$ | 描述了递归图中垂直线结构的递归点数量,反映了系统的间歇性和层次性 |
递归熵 | $ENTER = -\sum_{l=l_{\min }}^{N_{m}} p(l) \ln p(l)$ | 基于对角线长度频率分布的香农熵,描述了动力学系统种确定性结构和复杂度,反映了系统的动力学信息量或随机性程度 |
故障 | 释义 |
---|---|
f0 | 正常状态 |
f1 | 电阻R1开路 |
f2 | 电阻R3开路 |
f3 | 电容C1被击穿 |
f4 | 电容C1漏电 |
表2 典型故障模式
Table 2 Typical fault modes
故障 | 释义 |
---|---|
f0 | 正常状态 |
f1 | 电阻R1开路 |
f2 | 电阻R3开路 |
f3 | 电容C1被击穿 |
f4 | 电容C1漏电 |
故障 | f0 | f1 | f2 | f3 | f4 |
---|---|---|---|---|---|
f0 | 0 | 0.017 8 | 0.101 0 | 0.386 3 | 0.039 2 |
f1 | 0.017 8 | 0 | 0.056 0 | 0.182 1 | 0.006 6 |
f2 | 0.101 0 | 0.056 0 | 0 | 0.164 9 | 0.025 2 |
f3 | 0.386 3 | 0.182 1 | 0.164 9 | 0 | 0.142 7 |
f4 | 0.039 2 | 0.006 6 | 0.025 2 | 0.142 7 | 0 |
表3 各状态之间差异性
Table 3 Difference between states
故障 | f0 | f1 | f2 | f3 | f4 |
---|---|---|---|---|---|
f0 | 0 | 0.017 8 | 0.101 0 | 0.386 3 | 0.039 2 |
f1 | 0.017 8 | 0 | 0.056 0 | 0.182 1 | 0.006 6 |
f2 | 0.101 0 | 0.056 0 | 0 | 0.164 9 | 0.025 2 |
f3 | 0.386 3 | 0.182 1 | 0.164 9 | 0 | 0.142 7 |
f4 | 0.039 2 | 0.006 6 | 0.025 2 | 0.142 7 | 0 |
故障 | f1 | f2 | f3 | f4 |
---|---|---|---|---|
可检测性 | 0.017 8 | 0.101 0 | 0.386 3 | 0.039 2 |
表4 故障可检测性
Table 4 Fault detectability
故障 | f1 | f2 | f3 | f4 |
---|---|---|---|---|
可检测性 | 0.017 8 | 0.101 0 | 0.386 3 | 0.039 2 |
故障 | f1 | f2 | f3 | f4 |
---|---|---|---|---|
可隔离性 | 0.244 7 | 0.246 1 | 0.489 7 | 0.174 5 |
表5 故障可隔离性
Table 5 Fault isolability
故障 | f1 | f2 | f3 | f4 |
---|---|---|---|---|
可隔离性 | 0.244 7 | 0.246 1 | 0.489 7 | 0.174 5 |
故障 | 测点1 | 测点2 | 测点3 | 测点4 |
---|---|---|---|---|
f1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
f2 | 0 | 1 | 1 | 1 |
f3 | 0 | 0 | 1 | 1 |
f4 | 0 | 0 | 1 | 1 |
表6 电路图D矩阵
Table 6 D matrix of the circuit diagram
故障 | 测点1 | 测点2 | 测点3 | 测点4 |
---|---|---|---|---|
f1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
f2 | 0 | 1 | 1 | 1 |
f3 | 0 | 0 | 1 | 1 |
f4 | 0 | 0 | 1 | 1 |
可检测度和可隔离度 | 故障 | |||
---|---|---|---|---|
f1 | f2 | f3 | f4 | |
可检测度 | 1 | 1 | 1 | 1 |
可隔离度 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
表7 各故障的可诊断性度量指标
Table 7 Diagnosability index of faults
可检测度和可隔离度 | 故障 | |||
---|---|---|---|---|
f1 | f2 | f3 | f4 | |
可检测度 | 1 | 1 | 1 | 1 |
可隔离度 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
可检测度 | 100% |
---|---|
可隔离度 | 50% |
表8 系统可诊断性度量指标
Table 8 Diagnosability index of the system
可检测度 | 100% |
---|---|
可隔离度 | 50% |
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