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基于有向图和模糊集的火箭故障诊断技术研究与实现

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基于有向图和模糊集的火箭故障诊断技术研究与实现

作者：康位位兰州大学

学位级别：硕士

航天测试发射是一项高成本、高风险的科学试验活动,其成败对人类探索宇宙事业影响巨大。为了确保火箭安全、可靠飞行要对其进行故障诊断。随着我国航天事业的快速发展,发射场现有的故障诊断模式已经越来越不适应新情况。本文分析了现阶... 详细信息

航天测试发射是一项高成本、高风险的科学试验活动,其成败对人类探索宇宙事业影响巨大。为了确保火箭安全、可靠飞行要对其进行故障诊断。随着我国航天事业的快速发展,发射场现有的故障诊断模式已经越来越不适应新情况。本文分析了现阶段故障诊断的主要技术方法,针对发射场试验测试数据丰富的优势,提出了利用火箭遥测参数进行故障诊断的研究思路,并设计实现了一个基于有向图的故障诊断平台。本文首先介绍了故障诊断的内容和常用技术,分析比较各种方法的优缺点。根据发射场的实际现状,在分析火箭遥测参数物理意义的基础上,利用遥测数据之间的关联性,提出了利用遥测数据驱动,基于有向图和模糊集相结合的故障诊断方法。为了降低故障诊断的误警率、虚警率,对遥测数据的准确性、完备性提出了要求。研究了遥测参数预处理、解码处理、判读过程自动化、关联分析等方法,确保火箭故障诊断正确的数据驱动。其次,阐述了基于图论的故障传播有向图的概念、建模机理和步骤。在基于遥测参数故障诊断模型的基础上,采用模糊集的理论,首先利用图论搜索算法,搜索出候选故障源,接着运用模糊集理论对候选故障源进行排序,从而给出系统部件发生故障的优先顺序。最后,从航天测试发射任务实际出发,利用本文所提的故障诊断方法,结合本课题研究目的,设计了一个基于遥测参数驱动的火箭故障诊断系统,并开发了一个基于有向图和模糊集理论进行故障推理的火箭某系统故障诊断平台,进行仿真验证确定故障原因。本课题的研究对于火箭测试发射的安全性、可靠性具有重要意义。

关键词：故障诊断遥测参数故障传播有向图模糊集

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加工中心组件故障传播影响力评估

吉林大学学报（工学版） 2022年第1期52卷 63-69页

作者：申桂香栾兰张英芝牟黎明梁树斌吉林大学机械与航空航天工程学院长春130022

为评估加工中心组件的故障传播影响力,快速、准确地识别系统关键组件,有效控制故障传播,采用故障传播机理分析与有向图结合的方式表征组件间故障传播路径。运用DWNodeRank算法评估组件间故障影响度,并结合故障率指标计算组件的故障传播... 详细信息

为评估加工中心组件的故障传播影响力,快速、准确地识别系统关键组件,有效控制故障传播,采用故障传播机理分析与有向图结合的方式表征组件间故障传播路径。运用DWNodeRank算法评估组件间故障影响度,并结合故障率指标计算组件的故障传播率。考虑有效可达路径,基于改进ASP算法计算故障传播影响力值,实现对组件故障传播影响力的评估。实例分析和结果表明:DWNodeRank算法考虑了故障传播的方向和传播强度,有效降低了迭代复杂性并准确评估了节点影响度;故障传播率作为故障传播影响力评估的依据,其动态时变特征使得评估结果实时、精确,对于加工中心健康维护具有重要意义。

关键词：加工中心故障传播有向图故障传播率故障传播影响力

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数模驱动的高铁列控车载设备故障传播路径识别与测试

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数模驱动的高铁列控车载设备故障传播路径识别与测试

作者：王子琪北京交通大学

学位级别：硕士

高速列车作为大型的交通运输系统,不仅带动了社会经济建设,还大大改善了社会的民生民情。而车载设备作为高速列车运行控制系统的关键技术之一,是确保高速列车安全运行的核心基础,其工作状态直接影响着客运安全、列车运输效率以及经济效... 详细信息

高速列车作为大型的交通运输系统,不仅带动了社会经济建设,还大大改善了社会的民生民情。而车载设备作为高速列车运行控制系统的关键技术之一,是确保高速列车安全运行的核心基础,其工作状态直接影响着客运安全、列车运输效率以及经济效益。由于车载设备结构复杂,一旦发生故障,易出现级联效应,导致确定故障源与故障影响困难,因此需针对车载设备进行故障传播路径的研究,有效地消除列控车载设备中的级联故障,以保障高速列车安全稳定的运行。首先,针对高铁列控车载运行数据混乱等问题,构建多维故障数据模型,并对其进行时域、空间等不同维度下的故障表征分析;其次,考虑到车载设备结构和功能,建立分层有向图模型,分析车载设备的故障致因;在上述数据和模型的基础上,构建故障传播路径评估体系,基于加权评估指标确定传播路径,并通过综合故障率对该路径进行验证;最后,设计并实现了高铁列控车载设备故障传播路径识别与分析软件。本文主要工作包括:(1)构建了基于星型模式的列控车载设备多维故障数据模型,结合数据立方体和联机分析处理(On-Line Analytic Processing,OLAP),分析了时域、空间等不同维度下的故障表征,解决了高铁列控车载设备运行数据庞杂以及缺少规范管理等问题,为后续数模驱动的故障传播路径识别方法提供了准确的数据基础。(2)建立了车载设备故障传播分层有向图模型,利用矩阵原理和层次划分方法对故障传播链式关系进行描述,并对分层有向图模型中的节点进行了失效模式及影响分析(Failure Mode and Effects Analysis,FMEA),实现了对车载设备各部件隐含致因的挖掘与分析,为故障传播路径识别方法提供可靠的模型基础。(3)建立了数模驱动的故障传播路径评估体系,在多维故障数据模型的基础上,利用极大似然估计法(Maximum Likelihood Estimation,MLE)获取故障概率,利用PageRank算法对分层有向图模型中结构特性进行计算,通过加权评估指标确定传播路径,最后采用Copula函数和黄金分割(Golden Section Search,GSS)算法对所提方法的有效性进行验证。通过使用铁路运营部门收集的2018年1月至2018年5月的300T型车载设备运行日志数据对本文方法进行计算与验证,仿真出车载设备关键故障传播路径,证明了本文所提出方法的可行性,在此基础上,结合实际需求设计并实现高铁列控车载设备故障传播路径识别与分析软件。图63幅,表28个,参考文献78篇。

关键词：车载设备多维故障数据模型故障传播有向图故障路径识别 PageRank算法

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铁路调度指挥系统故障诊断方法

中国铁道科学 2011年第6期32卷 119-124页

作者：王兴中王振东王涛张琦中国铁道科学研究院北京100081 中国铁道科学研究院通信信号研究所北京100081

根据铁路调度指挥系统中的故障传播路径特点,建立故障传播的有向图及其模型,设计基于贝叶斯后验概率准则的故障诊断算法。该算法的基本原理是,每1个新增的故障现象都对应着1个故障原因域,依据贝叶斯后验概率准则,计算故障原因域中每1个... 详细信息

根据铁路调度指挥系统中的故障传播路径特点,建立故障传播的有向图及其模型,设计基于贝叶斯后验概率准则的故障诊断算法。该算法的基本原理是,每1个新增的故障现象都对应着1个故障原因域,依据贝叶斯后验概率准则,计算故障原因域中每1个故障原因的疑似概率,然后按其大小顺序插入既有的故障原因疑似概率集合中。随着故障现象的增加,当故障原因疑似概率集合不再改变时,运算终止。故障原因疑似概率集合中前n个元素能覆盖故障现象时,这n个元素所对应的故障原因,即是诊断结果。实验表明,在单故障模式和双故障模式下,运用这种故障诊断算法得出的结论完全正确,并且在计算机上的运算时间不超过0.8s。

关键词：铁路调度指挥系统故障传播有向图故障诊断故障原因故障现象贝叶斯后验概率

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基于结构模型的测试性设计与分析技术研究

系统工程与电子技术 2007年第10期29卷 1777-1780页

作者：连光耀黄考利郭瑞姜玉海军械工程学院导弹工程系河北石家庄050003 北京军代局驻447厂军代室内蒙古包头014033

为了解决因系统信息获取困难导致装备早期测试性设计和维修诊断工作难度增加的问题,提出了一种基于系统结构模型的测试性设计与分析方法。该方法借助图论的数学工具对系统进行数学建模,通过定量分析完成系统的模块划分;在此基础上,建立... 详细信息

为了解决因系统信息获取困难导致装备早期测试性设计和维修诊断工作难度增加的问题,提出了一种基于系统结构模型的测试性设计与分析方法。该方法借助图论的数学工具对系统进行数学建模,通过定量分析完成系统的模块划分;在此基础上,建立测试相关性矩阵,以最小测试代价为优化目标函数,应用Huffman信息编码方法生成系统的故障诊断树。与其他方法相比,该方法不仅结果更加优化,而且对系统的内部信息依赖相对较少,可以有效应用于设备的早期测试性设计以及使用过程中的维修诊断工作。

关键词：测试性设计测试性分析故障传播有向图故障诊断

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基于图论的过程故障诊断研究

基于图论的过程故障诊断研究

作者：王勉宇浙江大学

学位级别：硕士

随着现代工业过程系统大型化和复杂化的迅速发展，人们迫切需要提高系统的可靠性和安全性，以避免事故发生甚至系统崩溃造成的巨大经济损失。因此，研究和开发具有集控制、监视和诊断功能于一身的过程监控系统已成为工厂综合自动化发展... 详细信息

随着现代工业过程系统大型化和复杂化的迅速发展，人们迫切需要提高系统的可靠性和安全性，以避免事故发生甚至系统崩溃造成的巨大经济损失。因此，研究和开发具有集控制、监视和诊断功能于一身的过程监控系统已成为工厂综合自动化发展的迫切需要，具有重要的理论意义和广泛的应用价值。故障诊断技术通过监督生产过程的运行状态，不断检测过程的变化和故障信息，并在故障产生后，迅速定位故障源，隔离并消除故障，以防止灾难性事故的发生，同时减少产品质量的波动，提高产品的竞争力。基于图论的故障诊断方法是故障诊断领域的一个重要研究分支。本文以图论为理论基础，以实际工程应用为最终目标，在广泛查阅相关文献、了解相关研究进展的基础上，系统和深入地研究了这一方法的若干重要方面，主要研究内容和成果如下： 1．阐述了故障诊断的研究内容，各种方法的分类及发展趋势，特别对基于图论的故障诊断方法的发展和现状进行了完整的综述;2．系统、详细地讨论了基于图论的故障诊断的理论和方法，并在此基础上研究了基于故障传播有向图的诊断方法的故障建模、分层和故障源定位等一系列问题;3．以开发基于传播有向图的诊断系统为目标，对建立以传播为特性的仿真模型进行了研究，提出了运用面向对象技术的故障传播有向图类设计方法。给出了一个简易的改进诊断算法。 4．指出基于传播有向图的诊断法的不足之处，系统阐述了基于符号有向图(SDG)故障诊断方法，并针对该方法诊断速度慢的缺点，引入了将SDG方法和专家系统相结合的思想，阐述了如何由SDG产生诊断规则，并用一个计算实例加以说明。 5．开发了一个用于建立故障传播仿真模型的软件工具。最后，对于故障诊断领域的各种研究方法作了简单的对比分析，并指出了基于图论的故障诊断方法的一些值得关注和加以深入研究的方面。

关键词：故障诊断图论故障传播有向图符号有向图

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机车电子柜在线监测与故障诊断系统的研究

机车电子柜在线监测与故障诊断系统的研究

作者：康亚亭西南交通大学

学位级别：硕士

面对交通领域的激烈竞争，我国铁路提出了“安全、重载、高速”的发展方向。这给机车运行的可靠性、安全性提出了更高的要求，电子控制柜是电力机车的重要组成部分，因此本论文研究了电子控制柜故障诊断系统的具体方案和诊断算法。基... 详细信息

面对交通领域的激烈竞争，我国铁路提出了“安全、重载、高速”的发展方向。这给机车运行的可靠性、安全性提出了更高的要求，电子控制柜是电力机车的重要组成部分，因此本论文研究了电子控制柜故障诊断系统的具体方案和诊断算法。基于图论的故障诊断方法是故障诊断领域的一个重要研究分支。本论文以图论为理论基础，系统研究了这一方法的若干重要方面，深入研究了故障传播有向图诊断法在SS4G电力机车电子控制柜故障诊断中的应用，在研究了如何采集电子控制柜的运行状态数据后，将电子控制柜分为A组牵引、B组牵引、A组制动和B组制动四种状态，分别对每种状态建立其故障传播有向图，再分别计算系统的邻接矩阵、可达矩阵和分层结构图，介绍了基于增广故障传播矩阵的故障定位方法。主要研究内容和成果如下： 1、对基于图论的故障诊断方法的发展和现状进行了完整的综述并将故障传播有向图理论运用到电子控制柜故障诊断系统中;2、研究了基于故障传播有向图的机车电子柜诊断方法的故障建模、分层和故障源定位等一系列问题;3、提出了运用面向对象技术的故障传播有向图类设计方法。给出了一个简易的改进诊断算法，并开发了一个用于建立故障传播仿真模型的软件工具;4、确定整个诊断系统的总体结构，初步建立了机车电子柜在线监测与故障诊断系统软硬件平台。

关键词：机车电子控制柜故障诊断图论故障传播有向图

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卫星姿态控制系统故障危害评估技术研究

卫星姿态控制系统故障危害评估技术研究

作者：胡国飞南京航空航天大学

学位级别：硕士

伴随着长寿命、高可靠性航天器的发展需求,卫星的故障危害评估技术研究成为当前研究热点。本文针对卫星姿态控制系统开展故障危害评估研究,建立了基于开关节点和逻辑节点描述部件冗余备份的系统故障传播有向图模型;为了确定系统中的关... 详细信息

伴随着长寿命、高可靠性航天器的发展需求,卫星的故障危害评估技术研究成为当前研究热点。本文针对卫星姿态控制系统开展故障危害评估研究,建立了基于开关节点和逻辑节点描述部件冗余备份的系统故障传播有向图模型;为了确定系统中的关键及重要部件,提出了一种基于虚引力的系统部件重要度评估方法;为合理衡量部件故障对系统的危害,提出了一种基于故障程度、性能退化特性以及历史故障影响程度的多因素系统故障危害定量评估方法;并在此基础上,开展了基于故障危害度和部件重要度的系统风险分析研究。首先,通过分析卫星姿态控制系统的组成结构、配置情况、工作机理及故障模式,建立了基于开关节点和逻辑节点描述部件冗余备份的系统故障传播有向图模型。由于经典卫星姿态控制系统多采用冗余配置,由此建立的系统故障传播有向图模型结构复杂,为降低建模复杂度,在建立系统故障传播模型时,引入开关节点描述系统部件的配置情况,引入逻辑节点描述系统支路输出故障的情况,将各分系统近似为一个节点,再对各分系统建立故障传播有向图建模,所建立的系统故障传播有向图模型为系统部件重要度评估奠定了基础。其次,研究了系统部件重要度评估方法。考虑到各组成部件在系统中的重要度差异性以及各组成部件之间的相互影响,将系统组成部件划分为关键部件、重要部件和一般部件;引入虚引力模型表示部件之间的影响关系,综合考虑节点接近度和节点重要度贡献,提出了一种基于虚引力的系统部件重要度评估方法。以系统部件重要度评估方法有效性验证的经典案例ARPA(Advanced Research Projects Agency)网络为例开展仿真验证,并将所提出的方法应用到卫星姿态控制系统中,确定某配置下系统各部件重要度,为系统方案设计提供理论支持。再次,研究了系统故障危害评估方法。在确定了系统部件重要度的基础上,开展了基于系统故障危害评估影响因素的量化评估研究。利用系统的状态数据和历史退化数据,分析获取部件性能退化特性;再综合故障程度、性能退化特性以及历史故障影响程度三个主要影响因素,提出了一种基于故障程度、性能退化特性以及历史故障影响程度的多因素系统故障危害定量评估方法。以典型多陀螺配置和多飞轮配置系统为例,仿真验证了所提出方法的有效性。最后,研究了基于故障危害度和部件重要度的系统风险分析方法。通过建立系统风险管理模型并分析系统风险管理的相应技术途径,提出了一种基于故障危害度和部件重要度的系统风险状态划分方法,按风险值大小将系统风险分为高、中、低和正常四级,并在此基础上,给出了基于系统风险的在轨维修策略,并以多飞轮配置系统为例对所提出的方法进行仿真验证。

关键词：姿态控制系统故障危害评估故障传播有向图重要度评估在轨维修

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机车电子控制柜车载诊断系统研究

机车电子控制柜车载诊断系统研究

作者：阎铁生西南交通大学

学位级别：硕士

我国铁道机车正在向高速、重载方向快速发展,这给机车的可靠性和安全性提出了更高的要求。机车运行状态直接关系到铁路运行的安全,对机车的各个重要部分进行实时状态监测和故障诊断是非常有意义的,电子控制柜是电力机车的重要组成部分,... 详细信息

我国铁道机车正在向高速、重载方向快速发展,这给机车的可靠性和安全性提出了更高的要求。机车运行状态直接关系到铁路运行的安全,对机车的各个重要部分进行实时状态监测和故障诊断是非常有意义的,电子控制柜是电力机车的重要组成部分,因此本论文研究了研制电子控制柜车载诊断系统的具体方案和诊断算法。作者深入研究机车电子控制柜的组成与原理后,通过比较各种故障诊断方法,最终确定使用基于图论的故障诊断方法。本论文深入研究了基于图论的故障诊断方法中的故障传播有向图诊断法,以SS4G电力机车电子控制柜为例,在研究了如何采集电子控制柜的运行状态数据后,将电子控制柜分为A组牵引、B组牵引、A组制动和B组制动四种状态,并且结合牵引电机模型、三段顺控整流桥模型对电子控制柜每个部件建立了输入输出模型,然后分别对每种状态建立其故障传播有向图,再分别计算系统的邻接矩阵、可达矩阵和分层结构图,最后介绍了基于增广故障传播矩阵的故障定位方法。

关键词：机车电子控制柜图论故障传播有向图故障诊断