基于TS模糊模型的电机轴承故障诊断研究 .pdf

基于T-S模糊模型的电机轴承故障诊

断研究

摘要针对故障诊断知识的模糊性和模糊控制理论在故障诊断领域的广泛研

究和应用，结合基于模糊模型故障诊断方法的优越性，本文提出了基于Takagi-

Sugeno模糊模型的故障诊断方法，将其应用到三相异步电机轴承的模糊故障诊断

中，并通过实验充分验证了该方法的有效性。

关键词T-S模糊模型；故障诊断；异步电机轴承

故障诊断一直是人工智能的一个重要研究内容，而且已经得到广泛的研究

和应用；现在模糊控制技术在国内外也得到了极大的重视和研究，已经应用于工业

控制、汽车驾驶、电梯群控、家用电器等。本文在鉴戒国外故障诊断方法研究的最

新动态基础上，对基于模糊模型的故障诊断方法作了进一步的研究和考证。本文提

出了基于Takagi-Sugeno模糊模型的故障诊断方法，使用模糊聚类法划分数据空

间，确定最优模糊规则数，并使用最小二乘法对模糊规则的后件参数进行辨识，最

后通过对三相异步电机轴承故障进行模糊建模，并使用Matlab工具进行仿真实验

验证了该方法的诊断有效性。

1基于模糊模型的故障诊断方法优越

性

基于模糊模型[6]的故障诊断方法，(1)它可以克服传统的故障诊断方法

（基于规则、基于人工神经网、基于案例）对新的待诊断对象和尚缺乏诊断专家经

验和诊断案例的待诊断对象无法进行诊断的弊端；(2)同时它又可以克服基于模型

故障诊断方法的建模难题。这种方法可以不依赖诊断专家经验和案例，也可以无需

建立待诊断对象的精确数学模型，只需待诊断对象（大多数是非线性的复杂系统）

模糊模型，根据模糊模型所描述的待诊断对象输入输出变量的模糊映射关系的模糊

规则进行诊断。目前，在故障诊断领域的，模糊诊断和模糊控制的研究和应用越来

越广泛。

2T-S模糊模型

自从1965年Zadeh提出模糊集合理论以来，对复杂非线性系统地模糊识

别和模糊控制受到了人们的很大重视，被广泛应用到工业生产中。其中Takagi-

Sugeno模糊模型是一类基于规则描述的模糊模型，是由Takagi和Sugeno提出

的，所以简称T-S模型。这种模型可以克服多维模糊推理过程中模糊规则过于庞大

的弊端，用少量模糊规则生成较为复杂的非线性函数。由于T-S模型的后件参数与

输入有关，在逼近性能上要优于Mamdani模糊模型。1998年Ying证明了结论部分

为线性的T-S模糊模型能够以任意精度逼近任何连续函数。目前，在模糊系统研究

中，T-S模型占有重要的地位。

Takagi-Sugeno模糊模型与传统的模糊模型相比有许多独特的优点[5]，主要

有三个：⑴该模糊模型包括两种知识：一个是由模糊IF-THEN规则表示的定性知

识，另外一个是由局部动态模型表示的定量知识；⑵Takagi-Sugeno模糊模型可以

看作是非线性控制中普遍采用的分段线性近似方法的扩展；⑶Takagi-Sugeno模糊

模型是一个普遍的近似器，即，任何在紧集上的连续函数都可以用该模型以任意精

度逼近。

Takagi-Sugeno模糊模型的数学描述如下：

T-S模糊模型可由一组模糊规则表示：

L(l)：如果x为Fl，且...，且x为Fl，

11nn

llll

则Y=c+cx+...+cx

011nn

(1)

其中，Fl为模糊集合，c为真值参数，yl为系统根据规则L(l)所得

ii

到的输出，l=1，2，…，M;i=0，1，2，…，n。

可以看出，这种模糊模型其输出结果为输入变量的线性组合，给定输入变

Tl

量x=(x，…，x)，