基于粗糙集理論的提升機故障診斷方法研究

婁玉華

（太原科技大學晉城校區，山西 晉城 048000）

礦山開采過程中機電設備的應用朝著智能化、模塊化和自動化方向快速發展,這也要求提升機設備故障診斷技術水平也應當相應提升[1]。提升機是大規模、多體系、機電液一體的復合礦山機械，一個故障類型會出現多個故障征兆，提取簡約的有效規則是難點。將粗糙集理論運用于提升機的故障診斷中，對故障診斷決策表進行約簡，同時對條件屬性的重要性進行排序，從而獲取的簡約規則集，可以準確快捷的找到故障發生的故障源，實現了提升機故障的診斷。

1 基于粗糙集理論的約簡算法

矩陣的約簡方法就是根據定義將決策表轉化為相應的區分矩陣，然后通過區分矩陣得出區分函數，根據吸收律來對區分函數化簡，化簡成為最小析取范式，其中每個主蘊含均為決策表的約簡[1]。

例如：設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，構造邏輯表達式：

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的表達形式如下：

P=(C1Λd1)V(C2Λd2)V(C3Λd3)V…..V(CmΛdm)

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

圖1 屬性約簡方法

2 試驗研究

我們這里提取提升機的運行系統和制動系統故障樣本進行分析。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

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

表3 矩陣表

從上面的區分矩陣表3能夠看出，出現的核屬性有{c1，c5，c4，c6}。分別統計c1，c5，c4，c6四個屬性出現的次數，得出出現次數最多的屬性是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屬性及其組合項的屬性刪除，在得到的矩陣中繼續統計剩余的c1、c5和c6屬性出現的次數，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 結論

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