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基于序贯检验理论的齿轮箱故障诊断方法研究

基于序贯检验理论的齿轮箱故障诊断方法研究

作者：刘岑武汉工程大学

学位级别：硕士

齿轮的主要作用在于在齿轮箱内各部件之间传递动力,齿轮箱的故障诊断是对齿轮箱中滚动轴承、齿轮和转子等其他部件的故障进行诊断。振动噪声诊断是最普通也是最有效的齿轮故障诊断方法:齿轮箱故障的特征通常隐藏于振动噪声信号内,分析... 详细信息

齿轮的主要作用在于在齿轮箱内各部件之间传递动力,齿轮箱的故障诊断是对齿轮箱中滚动轴承、齿轮和转子等其他部件的故障进行诊断。振动噪声诊断是最普通也是最有效的齿轮故障诊断方法:齿轮箱故障的特征通常隐藏于振动噪声信号内,分析振动噪声信号,进而得到齿轮箱的故障原因。本文围绕齿轮箱的振动噪声信号诊断展开研究。第一:全面分析了粒子滤波这一滤波计算方法,指出了该方法具有实时性不佳的这一固有缺陷并提出了解决办法:在运用粒子滤波算法计算的同时采用径向基函数网络(RBFN)方法,持续对采集到的粒子状态聚类、更新,消除噪声误差,提高估计精度,从而增强滤波性能。第二:提出了将序贯概率比检验算法运用到齿轮箱的故障诊断中的设想,并进行了验证。经验证选择齿轮裂纹来进行诊断分析不仅是可行的更是高效的:将序贯概率比检验算法用于检验经过粒子滤波处理后的振动信号,并结合均方根误差算法,不仅将不同裂纹的齿轮分开来,并能进行故障分类。第三:基于参数序贯概率比检验的齿轮裂纹故障诊断方法,是将每个假设检验数据与设定值进行比较,具有不预先规定观测样本群数量的优点。因此,提出将RBF网络优化的粒子滤波与序贯概率比检验相结合的新方法:首先运用RBF网络优化粒子滤波算法对信号进行降噪处理,获得稳定信号;然后采用对冲击性振动极其敏锐的峭度值作为特征参数,利用时域分析法来处理对信号加以降噪处理之后的特征数值;最后利用序贯概率比检验算法来分析齿轮裂纹的故障。实验研究表明,文中提出的新方法对齿轮裂纹故障诊断是有效与可靠的。

关键词：粒子滤波序贯概率比检验齿轮箱故障诊断

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光纤振动信号的振源检测算法与实现

光纤振动信号的振源检测算法与实现

作者：邱瑞北方工业大学

学位级别：硕士

随着油气资源的快速消耗,管道运输成为了油气输送的主要运输方式。对长输油气管道的监管,人们投入大量的资源,但达不到检测的实时性和准确性的要求。在油气管道发生破坏的初期,如果能够发现破坏管道的行为,获取即将发生的事故点准确位... 详细信息

随着油气资源的快速消耗,管道运输成为了油气输送的主要运输方式。对长输油气管道的监管,人们投入大量的资源,但达不到检测的实时性和准确性的要求。在油气管道发生破坏的初期,如果能够发现破坏管道的行为,获取即将发生的事故点准确位置并派工作人员前去查看,则能提前避免事故发生。因此,亟需从技术上解决油气管道的安全预警问题。常见的管道安全检测技术大多是根据信号特征识别事件类型,从而对油气管道发生的威胁事件发出预警。在实际应用中,这些方法有一定的局限性。比如,同一种信号受不同的地质环境的影响会表现出不完全相同的特征。这些方法对于高信噪比信号有很好的检测能力,但是当信号为低信噪比时,却显得无能为力。在检测背景较复杂的情况下,系统不能保证恒虚警检测。针对以上情况,本文提出了一种光纤振动信号的序贯概率比振源检测算法。对于实时振动的信号,根据序贯概率比原理,建立了信号的多级门限检测机制,确保系统对于光纤振动信号有良好的实时检测能力。经测试,该振源检测算法能够有效地降低系统的虚警概率,又可以满足系统实时性的要求。为了推进光纤预警技术的发展,本文详细地对光纤振动安全预警系统的软件系统做了需求分析、设计和编码。本系统共分客户端登陆、振源报警等模块,涵盖了光纤振动安全预警系统的基本功能。最后,研发了一套简单易用、性能稳定的光纤振动安全预警系统的通信软件。

关键词：光纤预警系统序贯概率比检验振源检测

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基于数据驱动的火电厂送风机故障预警

基于数据驱动的火电厂送风机故障预警

作者：潘健华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

送风机系统作为火电厂中重要的辅机系统之一,送风机的稳定可靠运行直接影响到炉膛内煤粉安全稳定的燃烧,也间接影响到火电厂的安全、经济运行。近年来,火电机组容量逐步增大,对机组各个设备的运行品质的标准越来越严格,这需要送风机更... 详细信息

送风机系统作为火电厂中重要的辅机系统之一,送风机的稳定可靠运行直接影响到炉膛内煤粉安全稳定的燃烧,也间接影响到火电厂的安全、经济运行。近年来,火电机组容量逐步增大,对机组各个设备的运行品质的标准越来越严格,这需要送风机更加稳定且可靠的运行。对送风机的运行状态进行实时的监测,开展故障预警技术具有极为重要的意义。本文主要建立数据驱动下的基于深度学习的火电厂送风机故障预警,通过故障预警系统,能够及早发现送风机故障的早期征兆,来为发电生产企业带来更加良好的经济效益和社会影响。通过研究送风机的工作原理并分析常见故障及诱发原因,总结得出不同故障的运行过程中所表征出来相应的监测信号。在此基础上选择对大多数故障都会导致变化的振动信号进行状态预测,通过互信息法选择相关建模变量,建立基于深度学习中的门控循环单元神经网络的送风机振动预测模型。针对门控循环单元神经网络超参数难以人工选择的问题,选用改进的粒子群优化算法进行自适应选择,建立基于粒子群算法优化的门控循环单元神经网络的送风机振动预测模型。最后利用江苏某热电厂送风机正常运行状态下的数据建立送风机振动预测模型,并进行仿真验证。基于深度学习的送风机振动预测建模研究表明预测值与实际值之间的残差隐含着故障信息,为了进一步挖掘故障信息实现故障预警,提出了选择序贯概率比检验方法对送风机振动预测残差进行监测分析,从而产生早期故障的预警信号。最后以江苏某热电厂某次故障为例进行应用研究,通过仿真结果验证所提出基于SPRT的故障预警方法能够发现送风机的早期故障,实现送风机的故障预警。

关键词：送风机数据驱动深度学习故障预警序贯概率比检验

基于M-SPRT的长输管道泄漏检测与定位的研究及实现

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基于M-SPRT的长输管道泄漏检测与定位的研究及实现

作者：李阳兰州理工大学

学位级别：硕士

长输管道运输中的泄漏事故,不仅会造成经济损失和环境污染,还有可能带来重大的人身伤亡。近些年来,管道泄漏事故更是频繁发生。因此为了及时发现管道在输送过程中的泄漏,以减少泄漏事故所带来的损失,本文以工程实际为背景,在已有的检漏... 详细信息

长输管道运输中的泄漏事故,不仅会造成经济损失和环境污染,还有可能带来重大的人身伤亡。近些年来,管道泄漏事故更是频繁发生。因此为了及时发现管道在输送过程中的泄漏,以减少泄漏事故所带来的损失,本文以工程实际为背景,在已有的检漏方法和近期一些新技术成果的基础上,对管道泄漏的检测及定位方法进行了深入的研究,并开发了一套长输管道泄漏检测与定位的软件。论文的主要工作如下:1.提出了用于管道泄漏检测的多序贯概率比检验法。针对序贯概率比检验法所存在的备选假设难以确定及检测延迟等问题,首先以检测各种泄漏所需时间的期望为目标函数,通过对目标函数的求解,确定了优化的备选假设;其次对判决函数进行了改进,消除了检验延迟。2.基于多序贯概率比检验法,给出了平均泄漏量、泄漏时间和总泄漏量的估计算法。3.针对管道泄漏点的定位问题,借鉴输油管道的单传感器压力梯度定位法,推导出了输气管道的定位公式,进而针对已有压力梯度法中,对压力沿管线变化的非线性考虑不足,提出了非线性压力梯度定位法,并结合实际及模拟压力数据进行了测试和比较,结果表明非线性压力梯度定位法具有较高的定位精度和较少的运算量。4.采用VC++.NET 2003开发工具,开发了用于长输管道泄漏检测与定位的软件。该软件可根据现场管线的实际情况进行配置,具有友好的用户界面、实时的数据显示窗口、在线检测的动态图象及检测算法多样性等特点。经采用实际输油管线数据的测试,验证了软件在泄漏检测、泄漏定位、及泄漏量估计等功能上的有效性。

关键词：长输管道泄漏检测定位序贯概率比检验压力梯度 C++

基于SPRT的组合导航故障检测与隔离互辅算法

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火力与指挥控制 2017年第5期42卷 68-71,75页

作者：张闯赵修斌庞春雷冯波仝海波空军工程大学信息与导航学院西安710077

针对SPRT(序贯概率比检验)算法无法准确判断缓变故障结束时间的问题,提出了一种故障检测与隔离互辅算法。采用SPRT算法对滤波残差进行故障检测,确认故障后隔离故障观测量,重新建立卡尔曼滤波观测方程并完成量测更新,将隔离后的滤波结果... 详细信息

针对SPRT(序贯概率比检验)算法无法准确判断缓变故障结束时间的问题,提出了一种故障检测与隔离互辅算法。采用SPRT算法对滤波残差进行故障检测,确认故障后隔离故障观测量,重新建立卡尔曼滤波观测方程并完成量测更新,将隔离后的滤波结果作为下一时刻的滤波初值辅助故障检测。仿真结果表明,该方法能准确定位故障观测量并判断出故障的结束时间,提高了系统可靠性。

关键词：组合导航序贯概率比检验故障检测与隔离互辅算法

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火驱尾气水合物生成条件预测及管输风险评价

火驱尾气水合物生成条件预测及管输风险评价

作者：常明亮西安石油大学

学位级别：硕士

火驱尾气是火驱采油技术的副产物,气质组成奇异,各状态方程对其物性描述的适用性并不明朗。尾气中除含有CO、HS及少量烷烃外,还含有大量饱和水汽,冬季集输冻堵风险高,严重威胁管道安全运行。因此,围绕尾气集输管线冻堵风险问题,开展尾... 详细信息

火驱尾气是火驱采油技术的副产物,气质组成奇异,各状态方程对其物性描述的适用性并不明朗。尾气中除含有CO、HS及少量烷烃外,还含有大量饱和水汽,冬季集输冻堵风险高,严重威胁管道安全运行。因此,围绕尾气集输管线冻堵风险问题,开展尾气物性预测模型评价,识别尾气管线多种生产工况的结冰/生成水合物风险方面的研究,有助于建立健全尾气集输系统流动安全评价体系,指导管道系统的生产操作,保障尾气生产系统安全运行。针对以上问题,本文进行了火驱尾气集输过程中存在的结冰/生成水合物的风险评价研究,并编制了火驱尾气水合物生成条件预测程序。首先,基于火驱尾气实验数据,对SRK、PR、LKP、GERG-2008和BWRS方程进行筛选评价。结果表明:SRK方程对气体密度、压缩因子、体积系数的预测精度最高,整体MAPE分别为3.84%、5.17%、5.53%。并以此为基础,结合水合物模型发展现状和应用水平,选用Chen-Guo水合物模型预测尾气水合物生成条件。基于C++语言编制水合物生成条件预测程序,与文献数据对比显示:程序相对误差为9.34%,HYSYS相对误差为10.52%,成果可为尾气管输风险评价奠定基础。其次,管道系统的运行参数、环境参数等因素是波动的,水合物的生成在时空上具有显著的不确定性,故而引入可靠性理论,建立水合物生成极限状态方程,提出基于序贯概率比检验的水合物生成风险评价方法,并参考行业规范建立了报警机制。实例仿真测试表明:该方法的响应机制良好,评价结果符合客观规律。再次,针对火驱尾气典型组分和非典型组分,建立支干线、不同环境温度(埋地、裸露)下的停输再启动模型,模拟结果表明:对于0.5MPa,50℃的井口尾气,埋地管道无论停输多久,都不具有水合物生成风险,裸露管道因停输压力下的水合物生成温度低于冰点,存在管道不进入冰点的最大停输时间。最后,针对已建尾气管线,采用控制变量法量化井口尾气压力、温度、流量变化给尾气管线带来的结冰和生成水合物风险,明确结冰/水合物防治原则,确定采用电伴热的防冻工艺。实例对比分析不同伴热温度(65℃,85℃和105℃),不同伴热长度(10m,15m,20m,25m和30m)的防治效果,可为已建尾气管线后期改造提供参考。

关键词：火驱尾气水合物状态方程序贯概率比检验风险评价

天然气长输管道泄漏检测与定位方法研究 ——基于小波分析与SPRT法

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天然气长输管道泄漏检测与定位方法研究 ——基于小波分析与SPRT法

作者：朱芸兰州理工大学

学位级别：硕士

长输管道以高效、便捷、环保等特点已成为与铁路、公路、航空、水运并行的大运输手段之一。然而由于不可避免的老化、腐蚀及人为损坏等原因,管道泄漏频发生,所产生的经济损失和环境污染也十分严重。因此管道泄漏的实时检测已为世界重要... 详细信息

长输管道以高效、便捷、环保等特点已成为与铁路、公路、航空、水运并行的大运输手段之一。然而由于不可避免的老化、腐蚀及人为损坏等原因,管道泄漏频发生,所产生的经济损失和环境污染也十分严重。因此管道泄漏的实时检测已为世界重要的研究课题。由于基于硬件的方法不能连续检测,而基于单一检测方的软件系统在检测的实时性、可靠性、精确性、灵敏性等综合性能很难达到令人意的效果,因此近年来随着SCADA系统在油气管道行业的广泛应用,基于信息理的多种检测方法复合的软件技术已成为学术界关注的热点和发展的潮流。本文前期研究工作的基础上,针对存在的一些问题,主要进行了以下工作。首先针对管道泄漏时所采集的含噪声的负压波信息,提出了一种基于小波变换术的自适应滤波算法,通过逐层的白化检验和选取一个有效门限阈值的规则,自应地确定小波消噪的分解层数和各层的门限阈值并滤波,仿真结果表明该方法不具有良好的滤波效果,而且可以加快响应速度。其次针对小波变换技术对压力信号奇异点过于敏感,易产生误报警的问题,基动态质量平衡原理,利用序贯概率比检验方法,在确保泄漏检测的误报率和漏报性能要求的情况下,使检验样本个数最小;文中还对序贯概率比检验方法(SPRT)的延迟问题,采用了相应的补偿算法,从而提高了泄漏检测速度,缩短了响应时;针对泄漏量未知或估计不够精确的问题,提出了利用多个SPRT并行检漏的设,仿真证明了其可能性和有效性。最后针对负压波定位公式中管道传输介质采用平均流速影响定位精度的问题,出了一种变介质平均流速的循环迭代算法,仿真结果表明此算法较原算法定位精有所提高。

关键词：长输管道泄漏检测与定位小波变换动态质量平衡序贯概率比检验 MATLAB

航天器单组元推进系统故障诊断方法研究及实现

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航天器单组元推进系统故障诊断方法研究及实现

作者：王继彪哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

论文主要研究卫星单组元推进系统的故障诊断，在分析单组元推进系统特性的基础上，研究了卫星故障检测的方法，分析了推进系统故障模式，建立了实时专家诊断系统，实现卫星在运行过程故障的实时监测与诊断，并在发生故障时及时做出响应... 详细信息

论文主要研究卫星单组元推进系统的故障诊断，在分析单组元推进系统特性的基础上，研究了卫星故障检测的方法，分析了推进系统故障模式，建立了实时专家诊断系统，实现卫星在运行过程故障的实时监测与诊断，并在发生故障时及时做出响应，使故障造成的影响达到最小，最后在VC++6.0中，搭建了卫星推进系统故障诊断的软件平台。论文首先分析了液体单组元推进系统的基本构成，在此基础上建立了推进系统各个部分的数学模型，通过matlab实现了推进系统的数学仿真，并在仿真的基础上对系统的特性进行分析，最后建立了推进系统中各个元件的故障模型，为后续的故障检测与故障诊断奠定了基础。论文为实现卫星推进系统故障诊断的检测，分析了推进系统的工作过程，并根据推进系统时域的特性研究了基于阈值的故障检测和基于序贯概率比检验的故障检测方法，这两种都能很好的应用于卫星的实时故障检测;另外，根据推进系统的频域特性研究了基于希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang Transform，HHT）的故障检测方法。最后建立专家诊断系统，根据故障模式及其影响分析（Failure Mode and Effects Analysis,FMEA）表中推进系统故障模式及其影响的分析，总结出了知识库中的规则，并给出了基于反向推理原则的推理机的设计方法，最终建立了卫星故障专家诊断系统。最后搭建了卫星推进系统故障诊断的软件平台。平台实现了卫星运行状态参数的动态显示、实时故障诊断、仿真故障诊断三个功能。动态显示能够实时显示卫星当前的运行状态;实时故障诊断是利用卫星运行时传输的参数对卫星实时监测，以防故障发生损坏系统;仿真故障诊断利用卫星试车过程中的参数，并根据故障模型注入故障来检测故障诊断的准确性和实用性。软件通过VC++6.0设计了用户程序界面接口，并利用C++建立了整个诊断系统，具有很好的通用性和可移植性。

关键词：液体推进系统专家系统故障诊断 HHT变换序贯概率比检验 VC++

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WSN中节点捕获攻击的检测与防御方法研究

WSN中节点捕获攻击的检测与防御方法研究

作者：周捷解放军信息工程大学

学位级别：硕士

随着无线通信、集成电路、传感器等技术的日益成熟，无线传感器网络得到迅速发展。无线传感器网络扩展了人们的信息获取能力，给人们提供直接、有效的数据，并在军事领域、交通管制、安全监控、环保监测、医疗监护等领域得到广泛应用。... 详细信息

随着无线通信、集成电路、传感器等技术的日益成熟，无线传感器网络得到迅速发展。无线传感器网络扩展了人们的信息获取能力，给人们提供直接、有效的数据，并在军事领域、交通管制、安全监控、环保监测、医疗监护等领域得到广泛应用。然而，无线传感器网的广泛应用，使其安全问题倍受关注。由于传感器节点体积小、功耗小、开放信道等固有物理特性，使得网络易于遭受各种类型的攻击，而对于无线传感器网络威胁最大的是节点捕获攻击（node capture attack），它可以导致其它类型攻击，如女巫（sybil）、虫洞、黑洞攻击等。本文在分析无线传感器网络中节点捕获攻击的基础上，对如何防范节点捕获攻击进行了深入研究，提出了针对这类攻击的检测与防御方法。主要工作包括：（1）对无线传感器网络中的节点捕获攻击问题进行了研究，分别从检测与防御的角度对目前的节点捕获攻击防范技术进行了归纳总结，分析了目前方案中存在的不足。（2）从检测的角度，针对节点捕获攻击检测方案中对于节点缺席网络时间阈值的难以确定的问题，提出了一种基于序贯概率比检验（SPRT，Sequential Probability Ratio Test）的检测方法，即是在检测过程中不断累积节点未回复检测信息次数，在每一轮中计算节点未回复检测信息的可容忍值与不可容忍值，并对节点状态进行判断。当攻击者捕获网络中节点时，方案能正确检测出捕获节点。（3）从防御的角度，针对攻击者可能将捕获节点篡改后重新部署于网络的问题，提出一种基于二元多项式的节点捕获攻击防御方法，该方法基于二元多项式将节点密钥信息与节点部署时间和身份标识进行绑定，当节点之间协商会话密钥时，节点间需相互验证部署时间与当前时间的差值，并结合基站验证节点的合法性。方案在阻止攻击者利用捕获节点窃听网络通信的同时，防范捕获节点与合法节点建立会话密钥，有效地防止了捕获节点重新加入网络。（4）分别对提出的检测与防御方案进行了理论与性能分析，并对提出的两种方案进行了仿真模拟，验证了本文方案在节点捕获攻击的检测与防御中具有良好的效果。

关键词：无线传感器网络节点捕获攻击序贯概率比检验检测对称多项式防御