基于粗糙集理論的提升機(jī)故障診斷方法研究

婁玉華

（太原科技大學(xué)晉城校區(qū)，山西 晉城 048000）

礦山開采過程中機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用朝著智能化、模塊化和自動化方向快速發(fā)展,這也要求提升機(jī)設(shè)備故障診斷技術(shù)水平也應(yīng)當(dāng)相應(yīng)提升[1]。提升機(jī)是大規(guī)模、多體系、機(jī)電液一體的復(fù)合礦山機(jī)械，一個故障類型會出現(xiàn)多個故障征兆，提取簡約的有效規(guī)則是難點(diǎn)。將粗糙集理論運(yùn)用于提升機(jī)的故障診斷中，對故障診斷決策表進(jìn)行約簡，同時對條件屬性的重要性進(jìn)行排序，從而獲取的簡約規(guī)則集，可以準(zhǔn)確快捷的找到故障發(fā)生的故障源，實(shí)現(xiàn)了提升機(jī)故障的診斷。

1 基于粗糙集理論的約簡算法

矩陣的約簡方法就是根據(jù)定義將決策表轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的區(qū)分矩陣，然后通過區(qū)分矩陣得出區(qū)分函數(shù)，根據(jù)吸收律來對區(qū)分函數(shù)化簡，化簡成為最小析取范式，其中每個主蘊(yùn)含均為決策表的約簡[1]。

例如：設(shè)定兩個除核屬性之外的條件屬性組合，這兩個條件屬性組合為：

{C1、C2、C3…..Cm}和{d1、d2、d3…..dm}。為了便于計算，將Cj和dj定義為布爾型，構(gòu)造邏輯表達(dá)式：

P=(C1VC2VC3…..Cm)Λ(d1Vd2Vd3…..dm)

其 中，{C1、C2、C3…..Cm}和{d1、d2、d3…..dm}中 肯 定 各 有至少一屬性是條件屬性約簡之后的保留下來的屬性，由于Cj和dj定義為布爾變量，因此(C1VC2VC3…..Cm)=1且(d1Vd2Vd3…..dm)=1，得出P=l。

析取范式的P的表達(dá)形式如下：

P=(C1Λd1)V(C2Λd2)V(C3Λd3)V…..V(CmΛdm)

選取析取范式中每一項(xiàng)由合取式表示的屬性組合連同核屬性一起構(gòu)成最終的約簡[2]。屬性約簡方法如圖1：

圖1 屬性約簡方法

2 試驗(yàn)研究

我們這里提取提升機(jī)的運(yùn)行系統(tǒng)和制動系統(tǒng)故障樣本進(jìn)行分析。提取的故障有：制動器故障、液壓站故障、超速故障、過卷故障、錯向故障、過電流故障等。通過收集這六種故障的樣例形成決策表如表1所示：

表1 故障樣本

2.1 故障樣本

2.2 提升機(jī)故障診斷決策表形成

表2 決策表的形成

表2中，d1一制動器故障，d2一液壓站故障，d3一超速故障，d4一過卷故障，d5一錯向故障，d6一過電流故障。c1一載荷過大；c2一載荷正常；c3一罐籠位置錯位；c4一速度過大；c5一制動力矩不足；c6一殘壓高于0.5Mpa；

2.3 矩陣表的形成

用區(qū)分矩陣屬性值約簡算法對上面的故障診斷決策表進(jìn)行屬性的約簡。生成矩陣如表3所示：

表3 矩陣表

從上面的區(qū)分矩陣表3能夠看出，出現(xiàn)的核屬性有{c1，c5，c4，c6}。分別統(tǒng)計c1，c5，c4，c6四個屬性出現(xiàn)的次數(shù)，得出出現(xiàn)次數(shù)最多的屬性是c4屬性，所以c4屬性是重要性最高的屬性。

2.4 刪除c4、c5屬性的矩陣

將上表3中包含c4屬性及其組合項(xiàng)的屬性刪除，在得到的矩陣中繼續(xù)統(tǒng)計剩余的c1、c5和c6屬性出現(xiàn)的次數(shù)，得出c5核屬性是本決策表的第二重要屬性。

將包含c5屬性及其組合項(xiàng)的屬性刪除，這時矩陣中只剩下{c1、c6}屬性，同理，說明c6屬性重要性高于c1屬性。如下表4所示：

表4 c1到c6屬性表

最終核屬性的集合為{c4，c5，c6，c1}。

2.5 診斷結(jié)果

最終的決策表的形成是核屬性的集合，對于決策的最終約簡結(jié)果為屬性c4，屬性c5，屬性c6，屬性c1的集合，即{c4，c5，c6，c1}。如表5所示。

表5 c4，c5，c6，c1屬性集合表

4 結(jié)論

文章通過對提升機(jī)常見故障的分析，將粗糙集理論運(yùn)用于提升機(jī)的故障診斷中。對故障診斷決策表進(jìn)行約簡，同時對條件屬性的重要性進(jìn)行排序，從而獲取的簡約規(guī)則集，可以準(zhǔn)確快捷的找到故障發(fā)生的故障源，并驗(yàn)證了利用粗糙集理論獲取有效規(guī)則的方法對于提升機(jī)故障診斷是有效的。