电子系统故障预测方法综述
电力系统中的故障诊断与智能维护技术研究

电力系统中的故障诊断与智能维护技术研究摘要:电力系统是现代社会不可或缺的基础设施之一,然而,由于各种原因,电力系统可能会出现各种故障和问题,这不仅影响了电力供应的稳定性,还可能导致安全风险和能源浪费。
本论文旨在研究电力系统中的故障诊断与智能维护技术,以提高电力系统的可靠性和效率。
我们综述了现有的故障诊断方法和智能维护技术,并探讨了其在电力系统中的应用潜力。
关键词:电力系统、故障诊断、智能维护、可靠性、效率引言:电力系统作为现代社会的重要基础设施,为人们的日常生活和工业生产提供了必不可少的能源。
然而,电力系统的可靠性和效率问题一直备受关注。
故障和问题的发生不仅会导致供电中断,还会引发安全风险和能源浪费。
因此,本论文聚焦于电力系统中的故障诊断与智能维护技术,旨在提高电力系统的稳定性和性能。
通过综合评估现有方法和技术,并探讨其在电力领域的应用,我们将揭示这一领域的潜力和前景,为电力系统的未来发展提供有力支持。
一、电力系统故障诊断方法综述电力系统作为现代社会不可或缺的关键基础设施,其稳定运行对人们的生活和生产至关重要。
然而,电力系统难免会面临各种故障和问题,这些问题可能导致供电中断、设备损坏以及安全风险。
因此,电力系统故障诊断成为了一项关键任务,以确保电力系统的可靠性和持续供电。
1、电力系统故障诊断的核心在于及时准确地检测和定位故障。
传统的方法包括人工巡检和定期维护,但这些方法存在效率低、成本高等问题。
近年来,随着信息技术和通信技术的快速发展,各种自动化故障诊断方法应运而生。
其中,基于数据的方法如智能监测系统、数据挖掘和机器学习技术在电力系统故障诊断中表现出色。
这些方法通过实时监测电力系统的参数和状态,利用大数据分析和模型预测,能够识别潜在的故障迹象,从而提前采取措施预防故障的发生。
2、电力系统故障诊断还需要考虑多种复杂因素,如电压波动、电流异常和设备老化等。
因此,综合利用多种数据源和多种故障诊断方法是非常必要的。
基于大数据分析的电力系统故障诊断与预测方法研究

基于大数据分析的电力系统故障诊断与预测方法研究摘要:文章旨在探讨利用大数据分析技术来改进电力系统的故障诊断与预测方法。
随着电力系统规模的不断扩大,传统的故障诊断与预测方法已经显得不够高效和准确。
本研究通过深入分析大数据技术在电力系统领域的应用,提出了一种基于大数据分析的电力系统故障诊断与预测方法,旨在提高电力系统的稳定性和可靠性。
关键词:大数据分析、电力系统、故障诊断、数据隐私、环保可持续性引言随着工业化和城市化的快速发展,电力系统的规模和复杂性不断增加。
传统的电力系统故障诊断与预测方法在面对大规模、高复杂性的电力系统时显得力不从心。
因此,引入大数据分析技术成为提高电力系统运行效率和保障供电稳定的关键。
研究旨在探讨基于大数据分析的电力系统故障诊断与预测方法,通过深入研究大数据分析技术,构建高效、准确的电力系统故障诊断与预测模型,为电力系统的安全稳定运行提供技术支持。
本章节将对与大数据分析、电力系统故障诊断与预测相关的文献进行综述,探讨现有研究的不足之处,为本研究提供理论基础。
一、大数据分析技术在电力系统中的应用1. 大数据技术概述随着信息技术的飞速发展,大数据技术作为一种处理海量、多样化、高维度数据的方法得到了广泛关注。
大数据技术不仅仅是处理大量数据,更关键的是从数据中提取价值、洞察规律。
这一概念涵盖了数据的采集、存储、处理、分析和可视化等多个方面,为电力系统的管理和运营提供了前所未有的机遇。
2. 大数据在电力系统中的应用现状在电力系统中,大数据技术被广泛应用于多个领域。
首先,大数据分析技术在电力生产中被用于预测需求,为电力生产提供科学依据。
其次,大数据技术在电力配送领域也有广泛应用,可以提高电力系统的稳定性和可靠性。
此外,大数据还可以应用于电力系统的设备健康监测,实时监测电力设备的运行状态,预测设备可能出现的故障,从而实现对电力设备的智能维护。
3. 大数据分析工具和算法3.1 HadoopHadoop是一个开源的分布式计算框架,它能够处理大规模数据,具有良好的容错性和可伸缩性,被广泛应用于大数据处理中。
故障预测技术综述

故障预测技术综述一、本文概述Overview of this article随着现代工业系统日益复杂化和智能化,故障预测技术在保障系统安全、提升运行效率以及降低维护成本等方面的重要性日益凸显。
本文旨在全面综述故障预测技术的研究现状与发展趋势,以期为相关领域的研究人员和实践者提供有益的参考和启示。
With the increasing complexity and intelligence of modern industrial systems, the importance of fault prediction technology in ensuring system safety, improving operational efficiency, and reducing maintenance costs is becoming increasingly prominent. This article aims to comprehensively review the research status and development trends of fault prediction technology, in order to provide useful reference and inspiration for researchers and practitioners in related fields.本文将首先介绍故障预测技术的基本概念、原理及其在工程实践中的应用背景,阐述故障预测技术的重要性和必要性。
随后,文章将重点回顾和总结近年来在故障预测技术领域的研究成果和进展,包括基于数据驱动的故障预测方法、基于物理模型的故障预测方法以及混合方法等方面的研究现状。
文章还将探讨各种方法的优缺点以及适用范围,并对未来研究方向进行展望。
This article will first introduce the basic concepts, principles, and application background of fault prediction technology in engineering practice, and explain the importance and necessity of fault prediction technology. Subsequently, the article will focus on reviewing and summarizing the research achievements and progress in the field of fault prediction technology in recent years, including the research status of data-driven fault prediction methods, physical model-based fault prediction methods, and hybrid methods. The article will also explore the advantages, disadvantages, and applicability of various methods, and provide prospects for future research directions.通过本文的综述,读者将能够全面了解故障预测技术的发展历程、现状和未来趋势,为深入研究和应用故障预测技术提供有力的理论支撑和实践指导。
电力系统中的负荷预测方法综述与展望

电力系统中的负荷预测方法综述与展望1. 引言电力系统的负荷预测是对未来一段时间内负荷需求的估计,对电力生产和供应的规划和调度起到至关重要的作用。
准确的负荷预测可以帮助电力公司合理安排发电计划,提高运行效率,降低成本,同时也对电力系统的稳定运行和供需平衡起到关键作用。
因此,负荷预测的准确性和精度一直是电力行业的重要关注点。
2. 传统的负荷预测方法2.1 统计方法统计方法是最常用的负荷预测方法之一,其基本思想是通过对历史负荷数据进行分析、拟合和预测。
常见的统计方法包括回归分析、时间序列分析和指数平滑法。
这些方法适用于长期和短期负荷预测,具有简单、易操作、计算速度快等特点。
然而,由于统计方法没有考虑负荷数据之间的相互关系和复杂的非线性因素,导致其预测精度较低,在面对突发事件或季节性变化时不够准确。
2.2 物理方法物理方法基于电力系统的运行机理和负荷分布规律,通过建立数学模型来预测负荷需求。
常见的物理方法包括灰色系统理论、神经网络方法和支持向量机。
这些方法可以考虑负荷数据之间的关联性和非线性因素,提高了预测精度。
然而,物理方法需要准确地描述电力系统的物理特性和运行机理,对数据要求较高,计算复杂度较大。
3. 基于机器学习的负荷预测方法近年来,随着机器学习技术的快速发展,基于机器学习的负荷预测方法逐渐受到关注。
机器学习方法通过对大量历史负荷数据的学习和训练,可以从数据中提取出负荷需求的规律和特征,进而进行准确的负荷预测。
常见的基于机器学习的负荷预测方法包括决策树、随机森林、支持向量回归和深度学习等。
3.1 决策树决策树是一种基于树状结构的机器学习方法,根据特征值将数据集划分为不同的类别。
对于负荷预测问题,可以将历史负荷数据作为输入特征,负荷需求作为输出类别,构建负荷预测模型。
决策树方法具有简单、易理解、易实现的特点,但在处理大量数据和复杂关系时预测效果较差。
3.2 随机森林随机森林是一种基于集成学习的机器学习方法,通过构建多个决策树模型并进行集成,提高了预测的准确性和鲁棒性。
故障预测与健康管理体系结构综述

故障预测与健康管理体系结构综述作者:丁秋月和尧董超来源:《航空维修与工程》2021年第01期摘要:随着装备系统复杂化、综合化、智能化、自动化、精密化的不断发展提高,其可靠性、维修性、测试保障性、安全性以及全寿命周期管理的问题越来越受到重视,传统的事后故障维修诊断不利于装备的维修和后勤保障,因而故障预测与健康管理(PHM)技术应用而生。
本文阐述PHM系统框架,明确不同PHM体系下的工作流程,实例分析了PHM体系结构的应用,最后归纳总结出实现PHM的关键技术。
关键词:故障预测与健康管理;PHM系统框架;PHM关键技术Keywords:prognostics and health management;PHM system framework;PHM key technology0引言現代装备设计采用更多的新材料、新技术、新工艺、新结构,用以减轻装备重量、满足极限载荷、实现复杂功能等要求,是科学技术、装备效率、后勤保障能力的大比拼。
面对新装备,其后勤维修保障尤为重要。
早期装备采用传统的基于浴盆曲线故障模型的定期全面翻修为主的预防维修思想,这种通过按使用时间进行的预防性维修工作,工作量大、周期长,不能充分发挥装备的使用效能,难以适应复杂系统装备的维修保障要求,同时维修耗时费力还成本高。
视情维修在军用装备中的成功应用,使之逐渐向民用装备发展,其所具备的预测故障发生和对健康状态的管理催生了故障预测与健康管理(PHM)技术的产生。
PHM是美国针对自身庞大而先进的装备提出的一种先进维修保障技术,可实现对装备的状态监控、故障综合诊断、故障预测、健康管理和寿命预测等[1]。
本文阐述标准PHM技术系统框架,给出基于不同类型装备可选实施的3种PHM系统结构,最后给出装备设计实例应用,并论述了PHM的关键技术。
1 PHM系统框架1.1 PHM体系的标准结构视情维修开放体系结构(Open System Architecture for Condition-Based Maintenance,OSA-CBM)最为典型[2],是综合了不同类型的PHM系统设计而来的,如直升机健康与使用监测系统(Health and Usage Monitoring System,HUMS)、海军综合状态评估系统(In- tegrated Condition Assessment System,ICAS)、飞机状态监测系统(Aircraft Condition Monitoring System,ACMS)、发动机监测系统(Engine Monitoring System,EMS)、航天器集成健康管理系统(Integrated Vehicle Health Management System,IVHMS)、综合诊断预测系统(Integrated Diagnostics and Prognostics System,IDPS)等,如图1所示。
故障预测方案

故障预测方案是指通过对设备、系统或者网络等进行监测和分析,提前预测可能发生的故障,以便及时采取措施进行维修或替换,从而避免或减少故障对工作和生产的影响。
以下是一个典型的故障预测方案的步骤:
1. 数据收集:收集设备或系统的运行数据,包括温度、压力、振动、电流等各种传感器数据,以及设备的运行状态、维修记录等。
2. 数据清洗和处理:对收集到的数据进行清洗和处理,去除异常值和噪声,处理缺失数据,进行数据标准化和归一化等。
3. 特征提取:从清洗后的数据中提取有用的特征,例如统计特征、频域特征、时域特征等,以便用于故障预测模型的训练和预测。
4. 模型训练:根据提取到的特征,使用机器学习、深度学习或统计方法等构建故障预测模型,并使用历史数据进行训练和优化。
5. 故障预测:使用训练好的模型对实时数据进行预测,判断设备或系统是否存在故障风险,并给出相应的预测结果和概率。
6. 预警和维修:根据预测结果,及时发出预警信号,通知相关人员进
行维修或替换,以避免故障的发生或扩大。
7. 模型优化:根据实际情况和反馈数据,对故障预测模型进行优化和改进,提高预测准确性和稳定性。
需要注意的是,故障预测方案的实施需要充分考虑设备或系统的特点和实际情况,选择合适的数据采集方式、特征提取方法和预测模型,同时还需要建立完善的数据管理和维护体系,以确保故障预测的准确性和可靠性。
电力系统负荷预测研究综述与发展方向的探讨

电力系统负荷预测研究综述与发展方向的探讨电力系统负荷预测是电力系统经济运行和调度的重要环节,其准确性直接影响着电力系统的安全稳定运行。
随着电力系统的发展和现代化,负荷预测技术也在不断革新和发展。
本文将对电力系统负荷预测的研究现状进行综述,并探讨其未来的发展方向。
一、负荷预测研究现状1. 传统负荷预测方法传统的负荷预测方法主要包括时间序列分析、回归分析和专家系统等。
时间序列分析是最常用的方法之一,通过对历史负荷数据进行分析得出未来的负荷趋势。
回归分析则是通过建立与负荷相关的指标来预测未来负荷。
专家系统则是利用专家知识和经验来进行负荷预测。
这些方法在一定程度上能够满足负荷预测的需求,但受限于模型的复杂性和准确性。
随着数据挖掘和机器学习技术的发展,基于统计模型的负荷预测方法逐渐成为主流。
这些方法包括支持向量机、神经网络、随机森林等。
这些方法能够通过对历史数据的学习和建模来进行负荷预测,能够适应不同的负荷变化规律和复杂性。
基于统计模型的负荷预测方法在预测精度和实用性上有了显著提升,成为当前电力系统负荷预测的主流方法。
3. 基于深度学习的负荷预测方法近年来,随着深度学习技术的发展,基于深度学习的负荷预测方法也逐渐受到关注。
深度学习技术能够通过对大量数据的学习和训练来提高模型的预测能力,具有适应复杂系统和非线性关系的优势。
基于深度学习的负荷预测方法在一些领域已经取得了较好的效果,并成为未来的发展趋势之一。
二、负荷预测的发展方向1. 数据驱动的方法未来的负荷预测方法将更加趋向于数据驱动,即通过大数据和机器学习技术来进行负荷预测。
这将需要更多的历史负荷数据和高效的数据处理技术,以适应电力系统的动态性和复杂性。
数据驱动的方法能够更准确地捕捉负荷的变化规律,提高预测的准确性和实用性。
2. 智能化技术的应用未来的负荷预测方法还将更加趋向于多源数据融合,即通过整合不同类型和来源的数据来进行负荷预测。
这将包括历史负荷数据、天气数据、经济数据等,通过多源数据的融合来提高负荷预测的准确性和稳定性。
电气设备在线监测与故障诊断技术综述

电气设备在线监测与故障诊断技术综述周远超摘㊀要:随着经济的发展ꎬ国内电量需求日益加大ꎬ电网超负荷运转ꎬ再加上电网设备自身存在一些故障ꎬ导致国内电网大面积停电的事故时有发生ꎮ文章在阐述电气设备状态监测及诊断相关概念的基础上ꎬ分析电气设备状态监测与故障诊断系统的组成及相应功能ꎬ总结并提出了目前常用的在线监测与故障诊断技术存在的问题及解决办法ꎮ关键词:电气设备ꎻ在线监测ꎻ故障诊断一㊁电气设备在线监测与故障诊断的定义与实现(一)电气设备在线监测与故障诊断的定义1.在线监测在线监测是在电气设备正常运行的前提下ꎬ利用传感技术㊁计算机技术和光电技术对电气设备状态进行连续㊁自动的监测方法ꎮ为防止产品质量问题对电气设备运行可靠性造成不利影响ꎬ采用在线监测技术ꎬ对电气设备的运行状态进行实时监测ꎬ及时发现隐患ꎮ2.故障诊断故障诊断主要是对电气设备的在线实时监测数据进行比较分析ꎬ给出设备的故障点㊁故障类型和故障发展趋势ꎬ提出有效的维修策略ꎬ以保证设备安全稳定运行ꎬ减少电气设备故障造成的不利影响ꎮ(二)电气设备在线监测与故障诊断的实现一般来说ꎬ电气设备的在线监测和故障诊断过程可分为运行信号检测㊁信号特征提取㊁运行状态识别和故障诊断结果ꎮ运行信号检测:根据对电气设备的监测和监测目的ꎬ选择相应的不同传感器ꎬ对电气设备的运行信号进行监测ꎬ将模拟信号同声传译为数字信号ꎮ信号特征提取:保留或增加信号中有用的部分ꎬ提取一些与电气设备故障有关的信号ꎬ便于后续故障诊断ꎮ二㊁制约电气设备状态在线监测与故障诊断技术的问题根据以往的经验ꎬ从停电后电气设备的诊断和维护过渡到电气设备的诊断和评估ꎬ确定电气设备的剩余寿命ꎬ并提供维修计划ꎬ是一项重大的技术变革ꎮ它需要大量的技术支持ꎮ根据我国国情ꎬ引进先进技术ꎬ开展长期的实践工作和经验ꎬ总结了防治的技术流程ꎮ电气设备的在线监测与故障诊断技术是实现无停电检修的基本和必要条件ꎮ因此ꎬ要发展电气设备在线监测与故障诊断技术ꎬ必须解决运行中存在的问题ꎮ(一)在线监测设备稳定性在线监测设备的稳定性是电气设备在线监测与故障诊断技术广泛应用的基础和必要条件ꎮ电气设备监测元件老化㊁电气设备状态在线监测和故障诊断设备中使用的元器件种类繁多ꎬ而电子元器件在恶劣的环境条件下ꎬ经受住电网电压㊁短路等正常故障的考验ꎬ很容易损坏ꎮ对于温度变化范围大㊁工作环境恶劣的电器元件ꎬ也要求其工作温度和稳定性要求较高ꎮ但是ꎬ如果后台工控机的质量不能得到保证ꎬ很容易受到负载的冲击ꎬ导致主板㊁控制器等元器件损坏ꎬ导致频繁的死机ꎮ监测电气设备的电磁兼容性和防止电磁干扰一直是阻碍电气设备在线监测与故障诊断技术发展的重要原因ꎮ制造商一直在不断地研究和探索这个问题ꎮ从现有技术来看ꎬ在线监测主要是软硬件结合ꎬ软件是电气设备在线监测的主导因素ꎬ但在强电磁场干扰下ꎬ监测信号的提取非常困难ꎮ虽然已经取得了一流的进展ꎬ但在实际运行过程中ꎬ不同变电站的干扰是不同的ꎬ需要具体分析才能得到在线监测结果ꎮ因此ꎬ有必要在积累大量经验的基础上ꎬ根据不同的工作环境定制相应的设备标准ꎮ电气设备的现场维护监测ꎬ由于电气设备的在线监测设备长期工作在复杂的环境中ꎬ受多种因素的影响ꎮ电子元器件的老化速度和灵敏度下降很快ꎬ导致采集的数据存在一定的误差ꎬ需要定期更换和维修ꎮ这就要求生产厂家对电气设备进行在线监测ꎬ给出准确的设备维护和更换时间ꎮ电力监控不仅可以对这些设备进行归档ꎬ建立信息ꎬ以便及时更换和维护以及相应的维修队伍ꎬ并增设专职岗位负责ꎮ(二)实行电气设备状态在线监测与故障诊断系统标准化电气设备在线监测与故障诊断技术尚处于起步阶段ꎮ相关软件和技术还不成熟ꎬ软件有待开发和完善ꎮ而且ꎬ互相交流是不现实的ꎮ电气设备在线监测与故障诊断技术的标准化在短期内是不可能建立的ꎮ为了发展电气设备在线监测和故障诊断技术ꎬ必须建立标准的产品模型和信息管理系统ꎬ采用标准的现场总线技术和数据管理系统ꎬ相互借鉴ꎬ统一标准ꎬ使设备的任何一部分都可以由不同的厂家更换ꎬ不同厂家的不同产品具有一定的可开发性㊁互换性和可扩展性ꎬ减少维修的制约性和依赖性ꎬ降低维修成本和人员ꎬ以便用户及时维修和维护电气监控设备ꎮ(三)电气设备剩余寿命的精确预测电气设备在线监测与故障诊断技术的最大优点是根据大量的数据和实证分析来判断电气设备在正常情况下的使用寿命ꎮ在电气设备正常运行的情况下ꎬ故障主要分为初次安装调试一年左右暴露的故障ꎬ在稳定期为5~10年期间ꎬ定期检查主要是为了延长电气监控设备的使用寿命ꎻ在劣化期从10年开始到20年ꎬ根据实际情况逐步增加定期检查的频率ꎬ根据大量监测数据判断电气设备的剩余寿命ꎻ主要采用20年以上的风险期ꎬ要持续监测ꎬ准确预测剩余寿命ꎬ制订更换和维护计划ꎮ三㊁结束语随着电力设备状态检修策略的全面推广和智能电网的加速发展ꎬ状态监测与故障诊断技术将得到广泛应用ꎮ电气设备状态监测系统和诊断结果的准确性将直接影响状态检修策略的有效实施ꎮ因此ꎬ电力系统状态监测应与前沿技术成果紧密结合ꎬ创新开发智能化㊁系统化的信息诊断专家应用系统ꎬ提高电气设备运行的可靠性ꎬ优化设备状态检修策略ꎮ参考文献:[1]钟连宏ꎬ梁异先.智能变电站技术应用[M].北京:北京出版社ꎬ2019.[2]王波ꎬ陆承宇.数字化变电站继电保护的GOOSE网络方案[J].电力系统自动化ꎬ2019(37).作者简介:周远超ꎬ男ꎬ山东省青岛市ꎬ研究方向:电气方向ꎮ222。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
故障预测方法综述1.前言故障预测与健康状态管理(Prognostics and Health Management, PHM) 技术的提出,对现代复杂装备维修保障能力提出了更高的要求。
PHM技术是一种全面故障检测、隔离和预测,以及健康状态管理的技术。
它的引入不是为了直接消除故障,而是为了了解和预报故障何时可能发生,或在出现始料未及的故障时触发一种简单的维修活动,从而实现自助式保障,降低使用和保障费用的目标。
故障预测技术是PHM的核心技术之一,它是比故障诊断更高级的维修保障形式,它利用监测参数、实验数据等各种信息,借助相关推理技术评估部件或系统的未来健康状态或剩余使用寿命。
故障预测使得设备维护人员能够提前预知设备的健康状态和故障的发生,从而有效地降低故障风险、节约保障资源、减少经济损失。
在航天、核能等对可靠性要求较高的领域有着广阔的应用前景,是实现武器装备视情维修、自主式保障、感知与响应后勤的关键技术。
2.目前广泛使用的故障预测方法目前,故障预测方法可以分为基于模型和数据驱动两类。
基于模型的故障预测方法,如卡尔曼滤波器、粒子滤波器等。
虽然预测过程简单,但是如果假设的模型与实际不符则性能就较差。
人工神经网络具有模仿连续非线性函数的能力,并且能够从样本进行学习,因而在故障预测中得到了广泛的应用。
人工神经网络通过样本的学习可以掌握系统规律,无需对测量信号作模型假设。
由于神经网络具有很强的自适应性学习能力和非线性映射能力,适合于实现预测器的设计。
但是神经网络训练时需要大量数据样本,且存在收敛速度慢、局部极小点、网络结构难以确定等不足。
灰色预测按灰色系统理论建立预测模型,根据系统的普遍发展规律,建立一般性的灰色微分方程,通过对数据序列的拟合,求得微分方程的系数,从而获得灰色预测模型。
灰色预测利用灰色系统理论的GM ( Grey Model ) 模型进行预测。
灰色预测在处理小样本、贫信息、不确定问题上具有独特优势,但在预测精度和预测稳定性等问题上仍有待改进。
模糊神经网络吸收了模糊理论和神经网络技术的优点。
模糊神经网络可以借助神经网络的逼近能力。
同时具有神经网络的低层次学习、计算能力和模糊系统的高层次推理、决策能力。
因而采用模糊神经网络技术可以对设备的未来状态进行比较准确的预测。
粒子滤波器是基于蒙特卡罗方法的随机滤波算法,是解决非线性问题的有效算法。
粒子滤波器通过一组采样值粒子来近似概率密度函数,因而并不要求系统是线性、高斯的。
粒子滤波器使用状态空间里大量的样本点近似实际状态的概率密度函数,这些样本点称为“粒子”。
随着粒子数的增加,它们能够很好地近似所求的概率密度函数。
粒子滤波器方法是对每个粒子赋予一个权值,许许多多不同权值的点构成的离散分布就可以逼近连续分布。
能跟踪多个模式的系统行为,因此可用于估计混杂系统的连续状态和离散状态。
粒子退化和对突变状态的跟踪能力差是粒子滤波在故障预测应用中存在的主要问题。
时间序列分析法是把预测对象的历史数据按一定的时间间隔进行排列,构成一个随时间变化的统计序列,建立相应的数据随时间变化的模型,并将该模型外推到未来进行预测。
也可以根据己知的历史数据拟合一条曲线,使得这条曲线能反映预测对象随时间变化的趋势。
按照变化趋势曲线,对于未来的某一时刻,从曲线上可以估计出该时刻的预测值。
此方法有效的前提是过去的发展模式会延续到未来,因而这种方法对短期预测效果比较好。
一般来说,若影响预测对象变化的各个因素不发生突变,利用时间序列方法能得到较好的预测结果。
若这些因素发生突变,时间序列法的预测结果将受到一定的影响。
回归预测是根据历史数据的变化规律,寻找自变量与因变量之间的回归方程式,确定模型参数,据此做出预测。
根据自变量的多少可以将回归问题分为一元和多元回归。
按照回归方程的类型可分为线性和非线性回归。
回归分析法的主要特点是预测过程简单,将预测对象的影响因素分解,考察各因素的变化情况,从而估计预测对象未来的数量状态。
回归分析法要求的样本量大并且有较好的分布规律,当预测的长度大于占有的原始数据长度时,采用该方法进行预测在理论上不能保证预测结果的精度。
支持向量机( Support Vector Machine, SVM)是一种建立在统计学习理论的VC维理论和结构风险最小化原则基础上的机器学习方法。
它专门针对小样本情况,具有很强的泛化能力,还有效地克服了局部极小点、维数灾难以及过拟合等传统算法所不可避免的问题。
它已被成功应用于多个领域,但SVM仍存在明显的不足。
3.近年来发展的故障预测性方法由于上述常用方法均有一定不足,因此为了获得更好的预测效果,通常会对原有方法进行改进,或采用多种方法相结合的方式。
在程进军等的《基于遗传神经网络的航空装备故障预测》一文中,作者采用实数编码方式和自适应的交叉率、变异率改进遗传算法, 并将改进遗传算法用于神经网络的权重学习得到遗传神经网络。
利用监测到的装备特征参数数据进行网络训练, 然后将遗传神经网络预测装备特征参数的退化趋势。
之后对电子装备进行了实例测试,结果表明遗传神经网络可在故障发生前实现预测, 显著改善了BP网络预测精度, 且预测性能优于粗糙神经网络。
Zhigang Tian的《A Neural Network Approach for Remaining Useful Life Prediction Utilizing both Failure and Suspension Data》一文针对了以往寿命预测中仅使用失效记录数据,而忽视暂好状态的数据的情况,作者研究了一种兼顾失效与良好状态下数据的神经网络方法。
该方法考虑了良好状态下数据中的有用信息,获得了较好的效果。
在李万领等的《基于改进灰色模型的故障预测研究》一文中,作者对灰色模型进行了改进,考虑到任何一个灰色系统随着时间的推移,旧数据的信息意义将逐步降低。
因此采用新陈代谢法对GM(1,1)进行改进,使得模型参数(a,b)在线自适应改变。
之后利用PSO 算法实现改进灰色模型的参数优化,并以某制导雷达系统的波束控制中某电源组合为例采集电压信号数据,最终得到精度较高的预测结果。
在Yuhong Wang等的《Reliability Prediction Using an Unequal Interval Grey Model》一文中,作者针对了传统的等间距灰色模型预测精度不太高的情况,提出了非等间距灰色模型的构想,并对其进行了构造,改进了一阶累计生成算子公式。
通过该公式与白化方程,即可得出精度更高的结果。
最后通过实例验证,非等间距灰色模型预测的可靠性比最大似然估计方法和卡普兰梅尔非参数方法的精度更高。
《基于粒子滤波与线性自回归的故障预测算法》的作者龙凤等人分析了粒子滤波在故障预测中常出现的离子退化样本贫化等问题,并针对电子系统非线性非高斯的特点,提出了一种基于粒子滤波的故障诊断与预测结构,同时给出相应环节的实现算法。
该结构包含两个模块:故障检测与识别( FDI,Fault Diagnosis and Identification) 模块和剩余寿命评估( RULP,Remaining Usage Life Prediction)模块。
前者使用混合状态系统模型和粒子滤波算法对系统状态的概率密度函数( PDF,Probability Density Function) 进行估计,并实时给出故障发生概率;后者基于危险区域,采用线性自回归( LAR,Linear Auto-regression) 模型对故障征兆随时间的演化情况进行估计及修正,同时给出剩余使用寿命的PDF。
最后通过仿真实验证明了算法的有效性。
张磊等的《基于关联向量机回归的故障预测算法》一文提出了一种基于关联向量机(relevance vector machine,RVM)回归的故障预测算法。
算法首先采用关联向量机模型对对象历史数据中隐含的故障演化信息进行学习,然后将所获取的关联向量机模型用于对象故障未来变化趋势的预测。
预测过程采用多步时间序列预测中的递推计算的思想,并且将每一步预测的不确定性作为下一次预测迭代的输入要素加以充分的考虑。
迭代过程中的一些关键量的获取采用了蒙特卡罗采样计算的思想,避免了对关联向量机核函数选取的限制。
算法预测输出采用对象系统剩余寿命的随机分布形式,相对于传统预测算法的确定值形式的输出更加符合实际。
薛辉辉等的《基于杂合支持向量回归机的电子装备故障预测》一文针对电子装备性能特征参数间的耦合关联问题,提出一种基于杂合支持向量回归机的电子装备故障预测方法。
运用D-S证据理论,结合参数的纵向历史状态数据和横向的相关参数数据,设计杂合支持向量回归机预测算法,利用特征参数的时间相关性和空间相关性提高预测精度。
其中D-S证据理论将不同传感器传来的数据转化为证据集,然后利用合成公式对这些证据进行合成,从而得到一条总的证据,利用这条证据可以做出判断或决策。
实验结果表明,相对于单独使用纵向或者横向的支持向量回归机,该方法具有更高的精度,可有效地对复杂电子装备实施故障预测。
范庚等的《基于灰色相关向量机的故障预测模型》一文针对样本数据量较小条件下的故障预测问题,将灰色预测与相关向量机回归预测相结合,在模型的训练阶段,根据特征数据序列建立其离散灰色模型(DGM),以DGM的预测值作为输入、原始数据序列作为输出,训练得到RVM回归预测模型;在模型的预测阶段,由建立的DGM和RVM回归预测模型组合得到灰色RVM故障预测模型,并通过引入新陈代谢过程,不断更新数据中的信息。
实验结果表明,模型的预测性能优于传统的灰色预测模型。
Bo Yang等的《A Study on Software Reliability Prediction Based on Support Vector Machines》将支持向量机应用到软件可靠性预测当中,提出了一种基于SVM的软件可靠性预测模型。
并验证两个问题,即是否所有历史故障数据都应使用,和用什么类型的数据有更好的精度。
文章还把应用SVM的预测方法与用ANN的预测方法相对比。
实验结果证明,基于SVM的预测方法效果优于使用ANN的预测方法。
连光耀等的《基于最小二乘支持向量机的复杂装备故障预测模型研究》针对复杂装备故障信息不足、故障预测困难等问题,应用支持向量机建立了故障预测模型,在对支持向量机回归算法分析的基础上,利用最小二乘支持向量机建立故障预测模型,最小二乘支持向量机通过对相空间重构,有效地降低了模型的复杂度。
最后证明,基于最小二乘支持向量机建立故障预测模型能够较好地对复杂装备故障的趋势进行预测。
以上是部分近年来较新的研究成果,故障预测技术作为国防等领域的重要前沿技术,在今后也会继续涌现出很多成果来。