兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (10): 3101-3114.doi: 10.12382/bgxb.2022.0635
魏剑峰1, 张发平1,*(), 卢继平1, 杨向飞1, 杨鹏楷2
收稿日期:
2022-07-12
上线日期:
2023-10-30
通讯作者:
WEI Jianfeng1, ZHANG Faping1,*(), LU Jiping1, YANG Xiangfei1, YANG Pengkai2
Received:
2022-07-12
Online:
2023-10-30
摘要:
针对变工况作战环境下火炮反后坐装置状态信号的模糊性和高冲突性等特点所导致的故障诊断可信性不高的问题,提出一种基于高斯模型和均方根偏移(RMSD)-Dempster-Shafer(DS)故障诊断方法,实现信号的模糊化定量表征以及高度冲突证据融合的高可信性诊断。采用高斯模型求解火炮反后坐装置的多个故障特性信号所对应证据的基本概率分配,实现对信号模糊性的定量表征处理;通过构造RMSD-DS冲突系数求解证据间相似度,依据相似度定义各证据重要度,实现每个证据在融合过程中重要程度的定量描述;提出依靠证据重要度的权重求解及证据融合方法,实现高度冲突证据的可靠融合。仿真试验数据应用表明,所提方法相较于其他代表性方法具有更高的准确性和鲁棒性。
中图分类号:
魏剑峰, 张发平, 卢继平, 杨向飞, 杨鹏楷. 基于高斯模型和RMSD-DS的火炮反后坐装置故障诊断方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(10): 3101-3114.
WEI Jianfeng, ZHANG Faping, LU Jiping, YANG Xiangfei, YANG Pengkai. Fault Diagnosis for Gun’s Anti-recoil Device Based on Gaussian Model and RMSD-DS[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(10): 3101-3114.
方法 | m1, m2 | m1, m2, m3 | m1, m2, m3, m4 |
---|---|---|---|
DS | m(A)=0 m(B)=0.8571 m(C)=0.1429 | m(A)=0 m(B)=0.6316 m(C)=0.3684 | m(A)=0 m(B)=0.3288 m(C)=0.6712 |
Yager[ | m(A)=0 m(B)=0.1800 m(C)=0.0300 m(O)=0.7900 | m(A)=0 m(B)=0.0180 m(C)=0.0105 m(O)=0.9715 | m(A)=0 m(B)=0.0018 m(C)=0.0037 m(O)=0.9945 |
Murphy[ | m(A)=0.1543 m(B)=0.7469 m(C)=0.0998 | m(A)=0.3500 m(B)=0.5224 m(C)=0.1276 | m(A)=0.6027 m(B)=0.2627 m(C)=0.1346 |
RMSD-DS | m(A)=0.1543 m(B)=0.7469 m(C)=0.0998 | m(A)=0.5100 m(B)=0.3280 m(C)=0.1620 | m(A)=0.8493 m(B)=0.0114 m(C)=0.1393 |
表1 不同方法融合结果
Table 1 Fusion results of different methods
方法 | m1, m2 | m1, m2, m3 | m1, m2, m3, m4 |
---|---|---|---|
DS | m(A)=0 m(B)=0.8571 m(C)=0.1429 | m(A)=0 m(B)=0.6316 m(C)=0.3684 | m(A)=0 m(B)=0.3288 m(C)=0.6712 |
Yager[ | m(A)=0 m(B)=0.1800 m(C)=0.0300 m(O)=0.7900 | m(A)=0 m(B)=0.0180 m(C)=0.0105 m(O)=0.9715 | m(A)=0 m(B)=0.0018 m(C)=0.0037 m(O)=0.9945 |
Murphy[ | m(A)=0.1543 m(B)=0.7469 m(C)=0.0998 | m(A)=0.3500 m(B)=0.5224 m(C)=0.1276 | m(A)=0.6027 m(B)=0.2627 m(C)=0.1346 |
RMSD-DS | m(A)=0.1543 m(B)=0.7469 m(C)=0.0998 | m(A)=0.5100 m(B)=0.3280 m(C)=0.1620 | m(A)=0.8493 m(B)=0.0114 m(C)=0.1393 |
故障状态 | /m | /m | / (m·s-1) | / (m·s-1) | / (m·s-1) | / (m·s-1) | / (m·s-1) | / (m·s-1) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
WTR | 1.0224 | 0.0371 | 10.6842 | 0.0642 | 2.2759 | 0.1264 | 0.1388 | 0.0055 |
GLR | 0.9595 | 0.0108 | 10.5730 | 3×10-4 | 2.0598 | 0.0029 | 0.1521 | 0.0020 |
BRPW | 0.9781 | 0.0108 | 10.5876 | 0.0086 | 1.7774 | 0.1675 | 0.1088 | 0.0216 |
表2 高斯模型的平均值和标准差
Table 2 Mean and standard deviations of the Gaussian model
故障状态 | /m | /m | / (m·s-1) | / (m·s-1) | / (m·s-1) | / (m·s-1) | / (m·s-1) | / (m·s-1) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
WTR | 1.0224 | 0.0371 | 10.6842 | 0.0642 | 2.2759 | 0.1264 | 0.1388 | 0.0055 |
GLR | 0.9595 | 0.0108 | 10.5730 | 3×10-4 | 2.0598 | 0.0029 | 0.1521 | 0.0020 |
BRPW | 0.9781 | 0.0108 | 10.5876 | 0.0086 | 1.7774 | 0.1675 | 0.1088 | 0.0216 |
方法 | WTR | GLR | BRPW | 平均值 |
---|---|---|---|---|
DS | 91.5 | 1.5 | 95.5 | 62.8 |
Yager[ | 53.5 | 0 | 0 | 17.8 |
Murphy[ | 91.0 | 89.0 | 96.0 | 92.0 |
BP[ | 99.5 | 17.5 | 100 | 72.3 |
RMSD-DS | 90.5 | 95.5 | 97.5 | 94.5 |
表3 不同方法的故障诊断正确率
Table 3 Accuracy of fault diagnosis of different methods%
方法 | WTR | GLR | BRPW | 平均值 |
---|---|---|---|---|
DS | 91.5 | 1.5 | 95.5 | 62.8 |
Yager[ | 53.5 | 0 | 0 | 17.8 |
Murphy[ | 91.0 | 89.0 | 96.0 | 92.0 |
BP[ | 99.5 | 17.5 | 100 | 72.3 |
RMSD-DS | 90.5 | 95.5 | 97.5 | 94.5 |
[1] |
张相炎, 郑建国, 袁人枢. 火炮设计理论[M]. 北京: 北京理工大学出版社, 2014.
|
|
|
[2] |
杜中华, 狄长春. 某火炮复杂反后坐装置工作特性仿真分析[J]. 机械工程师, 2011(2): 96-99.
|
|
|
[3] |
高跃飞. 火炮反后坐装置设计[M]. 北京: 国防工业出版社, 2015.
|
|
|
[4] |
张晓东, 傅建平, 张培林. 基于BP神经网络的火炮反后坐装置故障诊断[J]. 兵工自动化, 2006(8): 15-16,20.
|
|
|
[5] |
曹亭. 火炮状态诊断与应急处理方法研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2013.
|
|
|
[6] |
doi: 10.3390/app7010001 URL |
[7] |
尹东亮, 黄晓颖, 吴艳杰, 等. 基于云模型和改进D-S证据理论的目标识别决策方法[J]. 航空学报, 2021, 42(12): 299-310.
|
|
|
[8] |
吴斌, 衣晓, 李双明. 一种区间距离的冲突证据组合方法[J]. 兵工学报, 2020, 41(6): 1140-1150. (in Chinese)
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.06.010 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.06.010 |
|
[9] |
doi: 10.1016/j.inffus.2018.04.003 URL |
[10] |
doi: 10.1007/s11042-016-3878-0 URL |
[11] |
doi: 10.1109/TITS.2020.3010296 URL |
[12] |
doi: 10.1016/j.asoc.2019.105512 URL |
[13] |
doi: 10.1016/0020-0255(87)90007-7 URL |
[14] |
张昌芳, 杨宏文, 胡卫东, 等. 基于改进冲突度量的证据组合新规则[J]. 系统工程与电子技术, 2009, 31(11): 2637-2640,2727.
|
|
|
[15] |
孙贵东, 关欣, 衣晓, 等. 互补证据组合规则[J]. 电子学报, 2018, 46(11): 2738-2745.
doi: 10.3969/j.issn.0372-2112.2018.11.022 |
|
|
[16] |
doi: 10.1016/S0167-9236(99)00084-6 URL |
[17] |
doi: 10.1109/Access.6287639 URL |
[18] |
doi: 10.1007/s00500-018-3455-8 |
[19] |
张培林, 王成, 张晓东, 等. 火炮后坐复进运动仿真技术及应用[M]. 北京: 国防工业出版社, 2015.
|
|
|
[20] |
doi: 10.1038/s42256-019-0075-7 |
[21] |
梁永亮, 郭汉琮, 薛永端. 基于特征气体关联特征的变压器故障诊断方法[J]. 高电压技术, 2019, 45(2): 386-392.
|
|
|
[22] |
doi: 10.1016/j.inffus.2020.11.006 URL |
[1] | 王伽豪,那文波,刘志威,昝琪,王铮. 双闭环比值控制系统传感器故障诊断方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(4): 1252-1263. |
[2] | 吕卫民, 孙晨峰, 任立坤, 赵杰, 李永强. 一种基于TCN-LGBM的航空发动机气路故障诊断方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 253-263. |
[3] | 刘灿, 王辉, 林德福, 崔晓曦, 徐晗晖. 存在非高斯重尾分布噪声的纯方位目标跟踪算法[J]. 兵工学报, 2023, 44(5): 1469-1481. |
[4] | 黄文宽, 钱林方, 尹强, 刘太素. 基于迁移学习的供药装置故障诊断方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(10): 2964-2974. |
[5] | 李良钰, 苏铁熊, 马富康, 吴小军, 徐春龙. 基于集合经验模态分解-支持向量机的高压共轨系统故障诊断方法[J]. 兵工学报, 2022, 43(5): 992-1001. |
[6] | 邓力源, 杨萍, 刘卫东, 汪江鹏. 基于证据理论层次分析法的云贝叶斯网络在预警雷达毁伤效果评估中的应用[J]. 兵工学报, 2022, 43(4): 814-825. |
[7] | 李泽东, 李志农, 陶俊勇, 毛清华, 张旭辉. 基于特征融合的注意力增强卷积神经网络的航空发动机滚动轴承故障诊断方法[J]. 兵工学报, 2022, 43(12): 3228-3239. |
[8] | 李炜, 韩寅龙, 孙晓静. 基于特征优选与深度学习的车载电源微小故障诊断方法[J]. 兵工学报, 2022, 43(11): 2935-2944. |
[9] | 李志农, 胡志峰, 毛清华, 张旭辉, 陶俊勇. 非线性调频模态分解-同步提取变换方法及其在滚动轴承故障诊断中的应用[J]. 兵工学报, 2021, 42(6): 1324-1330. |
[10] | 朱敏, 许爱强, 许晴, 李睿峰. 基于改进多层核超限学习机的模拟电路故障诊断[J]. 兵工学报, 2021, 42(2): 356-369. |
[11] | 吴斌, 衣晓, 李双明. 一种区间距离的冲突证据组合方法[J]. 兵工学报, 2020, 41(6): 1140-1150. |
[12] | 李佳蔚, 崔涛, 刘宇航, 师帅楠, 孙强. 基于排气温度动态模型的在线观测器研究[J]. 兵工学报, 2019, 40(8): 1562-1571. |
[13] | 倪龙强, 张丽华, 姚新涛, 胡高歌, 刘鹏辉. 一种基于粗糙集证据理论深度融合的局部冲突快速合成方法[J]. 兵工学报, 2019, 40(12): 2560-2569. |
[14] | 郭伟超, 赵怀山, 李成, 李言, 汤奥斐. 基于小波包能量谱与主成分分析的轴承故障特征增强诊断方法[J]. 兵工学报, 2019, 40(11): 2370-2377. |
[15] | 翟禹尧, 史贤俊, 吕佳朋. 基于广义随机Petri网的导弹系统测试性建模与指标评估方法研究[J]. 兵工学报, 2019, 40(10): 2070-2079. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||