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第一章 1. 汽车发动机故障诊断方法分类 设备故障诊断技术发展至今，已提出了大量的方法。所有故障诊断方法大致可分为基于知识的方法，基于解析模型的方法和基于信号处理的方法，故障诊断方法的分类有； ①灰色诊断方法 灰色系统理论认为，客观世界是信息的世界，既有大量的已知信息，也有不少未知信息、非确定信息。未知的、非确定的信息是黑色的；已知信息称为白色；既含有未知信息又含有已知信息的系统，称为灰色系统。机械设备系统就是一个灰色系统，设备故障诊断所要解决的问题就是灰色系统的白化问题。目前白化方法很多，其中灰关联度分析是设备故障诊断中应用最多的且较为成熟的一种。诊断过程一般分为以下几个步骤。 1)构造标准故障模式向量集； 2)确定待测状态模式向量集； 3)计算灰关联度矩阵； 4)确定关联度值； 5)故障分析与诊断。 ②模糊诊断方法 在普通集合论中，一个对象对应一个集合。要么属于，要么不属于，二者必居其一，即“非此即彼。然而，客观世界中存在许多“亦此亦彼的现象，如振动强烈、振动不稳定等。这些没有明确外延的概念叫做模糊概念。模糊集合论就是刻画模糊现象的数学。在设备故障诊断过程中，测量得到的是许多信号，通过信号分析得到许多故障征兆。征兆和故障之间存在一定关系。应用模糊变换定理可以得出故障论域上的一个模糊子集，即一个诊断结果。 图1-1 故障诊断方法分类图 ③神经网络诊断方法 神经网络系统是由大量的、同时也是很简单的处理单元广泛地互相连接而形成复杂网络系统。它具有大规模并行、分布式存储和处理、自组织、自适应和自学习能力，特别适用于处理需要考虑许多因素和条件的、非线性、不精确和模糊的信息处理问题。通常神经网络诊断技术共有三个步骤。 1)知识表达； 2)推理过程： 3)自学习能力。 ④专家系统诊断方法 基于计算机的故障诊断专家系统，是一种典型的质素处理系统，它能获取大量的专家诊断质素，利用专家的推理方法，解决故障诊断领域的问题。专家系统主要由知识库、推理机、用户界面三部分组成。 ⑤遗传算法 遗传算法是模仿进化论中的遗传物质的载体——染色体在繁殖后代中的变化过程而发展起来的。遗传算法用于设备故障诊断通常有如下步骤： 1)产生初始群体； 2)确定编码策略； 3)确定适应度函数； 4)遗传运算； 5)确定算法的准则。 ⑥信息融合方法 信息融合技术涉及信息处理、模式识别和推理决策三个过程，按照每个过程的数学抽象方法，信息融合可以分为五种融合过程：1)数据输入／数据输出；2)数据输入／特征输出； 3)特征输入／特征输出；4)特征输人／决策输出；5)决策输入／决策输出。 ⑦小波分析方法 小波分析方法是实现一种时域一频域变换，它能将时间函数分解为沿时间轴不同长度、不同位置的正交基函数，即小波函数。小波变换的结果使得故障诊断信号中的非平稳信号变化谱成份能够在时域和频域同时进行分析。而且，小波函数在时域和频域同时具有良好的局部化性质。它可以根据信号不同的频域成分，在时域和频域自动调节样的疏密；频域高时，则密；频域低时，则疏。基于小波变换的这些优良特性，可以观察故障诊断信号的任意细节，并加以分析。不同的故障诊断方法各有其优点和不足，把不同的诊断方法结合起来发挥各自的优点，避免其缺点将极大提高诊断系统的性能。实际上，人类专家在进行诊断是，不仅使用经验性知识，同时也使用设备的结构和功能描述知识，这就是深浅相结合的诊断方法。文献[32]提出一种把基于规则和基于模型相结合的集成推理策略。在他的工作中以基于规则的推理诊断为主，以基于模型的推理诊断为辅，当基于规则的推理失败时，基于模型的推理利用所探测的候选故障集继续推理过程，以完成诊断任务。文献[33]介绍了一个基于神经网络和专家系统的集成故障诊断系统，该系统由浙江省科技厅重点基金资助，用于监控汽油发动机的性能。系统采用神经网络在前，专家系统在后的串行预处理结构。神经网络和一般的数据分析方法相结合构成数据处理器，为专家系统的动态知识库提供数据。从以上分析可以看出，汽车发动机故障诊断技术已取得了可喜的成绩，得NT长足的 发展。总的来说，还存在一下问题： ①故障诊断系统在发动机空调领域中的应用还没走向实用阶段，开发的系统多是些实验模型。 ②从故障诊断研究的深度看，大多数只是其它领域(如航天、核工业)的诊断方法直接借鉴过来应用，从诊断方法上进行研究，诊断系统所涉及的故障较少，缺乏对故障机理的lO中南大学硕士学位论文第一章绪论分析，不能从根本上解决系统的故障问题。 ⑨从诊???方法上来看，人工智能故障诊断系统已成为发展的主流，专家系统、神经网络已成为备受人们青睐的工具，但两者各有缺点：对专家系统来说，其推理速度慢，容易出现“匹配冲突’’、“反复递归”、“组合爆炸等问题，限制了它的应用；对问题的泛化能力差，在处理领域的边缘问题时，表现的