機電裝備信號系統故障診斷自愈的應用分析

席華

（陜西煤業化工建設（集團）有限公司設備租賃中心，陜西 西安 710021）

機電裝備信號系統故障診斷自愈的應用分析

Application analysis of fault diagnosis and self-healing of electromechanical equipment signaling system

席華

（陜西煤業化工建設（集團）有限公司設備租賃中心，陜西 西安 710021）

為了使故障檢測器在檢測過程中提高檢測率，對傳統陰性選擇算法進行了改進，提出一種新的陰性選擇算法，這一方法大大提高了故障檢測率。以下對這一算法進行深入研究。

機電裝備系統；故障診斷；自愈

近年來，科學技術取得了快速發展，機械系統也朝著更加智能化、自動化的方向發展。現代機械系統一個最大的特點就是人為操作越來越少，有很多機械系統已經實現了脫離人而開展工作，比如火星探測器，但是類似于這種系統如果出現故障，采用傳統維修方式是無濟于事的。在具體操作中，我們有很多方法對機電裝備信號系統故障進行診斷。由于本文研究方向不僅要查找故障，而且還要考慮系統自愈，因此，人工免疫系統是重點，系統能夠進行自我診斷和自我修復，從而實現自愈。

1 故障原理

在日常工作中我們知道信號條理電路由濾波電路和放大電路組成，因此，在研究的過程中也要以這兩個結構為重點。機電裝備信號系統故障類型多種多樣，在這種未知情況下，對系統今后可能產生的故障信息編碼和故障處理就顯得尤為重要。傳統陰性選擇算法檢測率低，已經不適合現代機械系統要求，而改進之后的這一算法，借助算子優化，故障檢測率大大提升。

2 陰性選擇算法應用

2.1 傳統陰性選擇算法

要想實現故障自愈，最重要的也是最基本的就是對系統狀態是否正常以及故障作出判斷，換句話說，就是與之對應的自己或者非己模塊，這兩個模塊是診斷自愈系統中最為重要的模塊，直接決定了系統是否能夠自行實施正確的自愈策略。通過對自己和非己模塊的識別，區分系統是否處于正常狀態。

2.2 免疫算法

無論從哪方面來說，免疫算法模式都不相統一。與我們常用的遺傳算法的最大區別在于，遺傳算法以及類似算法都是基于生物學理論；而免疫算法的生物學基礎更加多樣化，比如陰性選擇、克隆選擇，在這些機制或者理論上又開發了多個算法模型。在人工免疫系統的研究中，免疫算法是重要的研究對象。免疫算法是解決實際問題的，因此，在近年來，這一算法已經在很多領域被開發出來。免疫算法主要應用于對傳統機制、算法、技術等進行改進。免疫算法基本以傳統免疫學為基本原理，因此，我們通常將這一算法劃分為三類：克隆選擇、免疫網絡模型以及本文所提到的陰性選擇。

2.3 改進的陰性選擇算法

傳統陰性選擇算法的空間檢測率較低，因此，本文針對這一問題對傳統陰性選擇算法進行改進、優化，在自己和非己兩個功能模塊中，功能實現為兩個階段，第一階段為訓練階段，第二階段為異常檢測階段。

對傳統陰性選擇算法改進是通過對算子進行優化實現的，而優化算子是對生物免疫中的超變異、克隆選擇、免疫抑制以及免疫促進的模擬。本次算法改進體現在初始檢測器的生成算法等方面，通過改進能夠大大縮短訓練時間、使得收斂速度加快，覆蓋率增加，從而提高檢出率。在本次研究中，對下列優化算子進行定義：克隆選擇、變異、活性選擇、免疫抑制、順序調整以及異常分類算子，以下對改進后的陰性選擇算法應用進行分析。

(1）常類型識別算子。匹配檢測器和編碼狀態由親和力匹配算子共同傳送給異常類型識別算子，然后異常類型識別算子負責對“非己”狀態進行識別。對于匹配檢測器的子集借助查表方式得出異常類別，對異常屬于已知還是未知異常作出判斷。

(2）異常危險等級劃分。我們主要是通過異常類型以及系統衰退情況對異常狀態的等級進行劃分。首先，系統對故障進行分析，如果故障不可恢復或者對整個系統的安全運行造成嚴重危害，這些故障就被總結為Ⅳ級異常；其次，劃分親和度取值，通過劃分對哪些異常為可接受異常進行判斷，我們將這些可接受異常總結為Ⅰ級異常；只要經過輕微調整就能夠恢復正常的，判斷為Ⅱ級異常；根據實際情況，需要對組件進行隔離或者需要重啟系統的，判斷為Ⅲ級異常。假設在對某系統進行分子之后，符合下列情況：

情況一：親和度在0~0.1之間，此時認為系統存在正常偏差，異常可接受；

情況二：親和度在0.1~0.4之間，屬于Ⅱ級異常，輕微調節，恢復正常；

情況三：親和度在0.4~0.7之間，屬于Ⅲ級異常，故障比較嚴重，需要及時將組件隔離或者停止，再找出自愈策略對其調節；

情況四：當親和度超過0.7，需要及時停機，避免事故的發生。

3 仿真分析

為了對本次研究成果進行檢驗，進行了相關實驗分析。在數量訓練和測試數據固定的情況下，對傳統陰性選擇算法和改進陰性選擇算法的檢測率進行了比較。由于篇幅限制，在這里不將實驗結果一一列出。通過比較，在0～50代時，兩種算法在檢測率方面增加幅度并沒有明顯變化；而在50代之后，檢測率出現了明顯變化，增加幅度十分明顯；與傳統陰性選擇算法相比，改進陰性選擇算法檢測效率更高，而且幅度增加明顯。

根據此次實驗，我們不難看出，在檢測率方面，改進陰性算法要遠遠優于傳統陰性選擇算法，這一研究為的今后開展故障診斷自愈的研究奠定了堅實基礎。

4 結語

綜上所述，本文在故障斬斷自愈理論基礎上，結合人工免疫系統有關資料，針對傳統陰性選擇算法檢測率低的問題，提出了一種新的陰性選擇算法。實踐表明，該算法能夠大大提高故障檢測率，這一研究成果為今后開展各種故障判斷工作奠定了堅實基礎，為機電裝備信號系統自愈研究做了良好鋪墊。

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(P-05)

TH165.3

1009-797X (2015) 24-0100-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.040

席華（1977-），畢業于西安科技大學，助理機電工程師，研究方向為機電一體化。

2015-10-15