【正文】 。自適 2 3 7 4 1 5 6 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 應(yīng)網(wǎng)絡(luò)把參數(shù)分配給網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，這樣每個節(jié)點都具有一個局部參數(shù)集合，這些局部參數(shù)集合組合的并集就是網(wǎng)絡(luò)全部參數(shù)的集合。 若輸入量采用單點模糊集合的模糊化方法，則對于給定的輸入 x ，可以求得對于每條規(guī)則的適應(yīng)度為 ? ? ? ? ? ?1212j j jA A A njnu u ux x x? ? ? ???? （ ） 模糊系統(tǒng)的輸出量為每條規(guī)則的輸出量的加權(quán)平均，即 111mj mjjm j jjjjyy y? ???????? ?? （ ） 其中： 1jmjii?????? （ ） 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 假設(shè)各輸入分量的模糊分割數(shù)是預(yù)先確定的，那么需要學(xué)習(xí)的參數(shù)主要是后件網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán) ljiP ? ?1 , 2 , , 。 在研究ijc和ij?的學(xué)習(xí)問題時，可將參數(shù) ljiP名固定。之后，信號繼續(xù)沿網(wǎng)絡(luò)正向傳遞直到輸出沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 層 (即第 5層 )。 (3) 期望的誤差和學(xué)習(xí)率的選取。根據(jù)滾動軸承主要故障類型，確定其 2 種工作狀態(tài)編碼，分別為正常狀態(tài)（ 1,0）和故障狀態(tài)（ 0,1）。 一個三層的基于 BP 算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以完成任意的 n 維到 m 維的映射。最佳初始權(quán)值選擇的數(shù)量級是 Q ，式中 Q 是第一層神經(jīng)元數(shù)， u 為輸入矢量的數(shù)目。通常，在評價系統(tǒng)中一般選取學(xué)習(xí)速率 1~ ?r ，本文實驗研究選擇的 LevenbergMarquardt 法中，學(xué)習(xí)速率亦在此范圍內(nèi)。 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 初始權(quán)值的選擇 初始權(quán)值的選取同樣對網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)能否達到全局最小、能否收斂以及訓(xùn)練時間的長短有著很大的關(guān)系。所以一般情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮增加隱層中的神經(jīng)元數(shù)。前述工作中已確定了本文滾動軸承故障診斷神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的六個輸入?yún)?shù)，即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層節(jié)點數(shù)為 6。 故障診斷模型建立 建立一個 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型即確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并對問題進行求解，主要包括以下幾個方面的內(nèi)容 : (1) 每層的神經(jīng)元數(shù)目 。對于前件網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和后件 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，根據(jù)輸入輸出之間的關(guān)系，采用 BP算法 (反向傳播算法 )和最小二乘估計算法來調(diào)整參數(shù)，稱混合算法。 0 , 1 , , 。 1 , 2 , , ii n j m??。自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中每一個連接僅僅用來確定節(jié)點輸出的傳輸方向，連接一般沒有權(quán)重和參數(shù)。但是，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存在兩個明顯的缺欠：第一 ， 沒有通用的方法把專家的知識和經(jīng)驗轉(zhuǎn)換成規(guī)則庫和模糊推理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫；第 二，沒有一個有效的方法通過實現(xiàn)輸出誤差 最小化或最大化性能指標(biāo)來調(diào)整輸出的模糊隸屬函數(shù)，即無法保證最優(yōu)化或者次優(yōu)化建模。模 糊推理層是前向型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的核心，聯(lián)系著模糊推理的前提和結(jié)論，精確的說是模糊推確定性輸入 模糊化運算 模糊 推理 清晰化運算 確定性輸出 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 理的基本模糊狀態(tài)和結(jié)論變量的基本模糊狀態(tài)，其網(wǎng)絡(luò)參數(shù)即為模糊推理過程中前提變量的基本模糊狀態(tài)和結(jié)論變量的基本模糊狀態(tài)之間的模糊關(guān)系，它們是由具體的問題所確定的。其中每個節(jié)點層的節(jié)點數(shù)及權(quán)值可以通過模糊系統(tǒng)所采用的具體模塊形式而預(yù)置，其隸屬度函數(shù)和模糊規(guī)則是通過一定的學(xué)習(xí)算法產(chǎn)生的。 (4) 用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)一個已知的模糊邏輯系統(tǒng)， 以完成并行模糊推理。 ① 若 i 為 輸出節(jié)點，即 ki? ，由公式（ ）和公式 ()可得： ? ?kpkpkpkpkppkppkpip xfexyyExE ???????????? ?? （ ） 將公式（ ）代入公式（ ）則 ? ?jpkpkpijp IxfewE ???? （ ） ② 若 i 不是輸出節(jié)點，即 ki? ，此時公式為 (): ? ?ipippipipippippip xfyExyyExE ?????????????? （ ） 其中， ????? ????? ????????????? mi imm ipimmi m ippj jpm ijipmi m ippipm ipmi m ippip p wwxEIwyxEyxxEyE 11 ? （ ） 中， lm 是節(jié)點 i 后邊一層的第 lm 個節(jié)點； JPI 是節(jié)點 lm 的第 j 個輸入（第 p 組樣沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 本輸入時），當(dāng) ji? 時， jpjp Iy ? 。 （ 2）給定輸入 /輸出樣本對，計算網(wǎng)絡(luò)的輸出 : 設(shè) P 組 樣 本 輸 入 ： ? ?npppp uuuu ,...., 21? ：第 P 組樣本輸出：? ? Lpdddd mpppp ...2,1,....., 21 ?? ,節(jié)點 i 在樣本 P 輸入時，輸出為 ipy ： ? ? ? ?? ? ???????? ?j jpijipip Iwftxfty （ ） 式中， jpI 是在第 P 組樣本輸入時，節(jié)點 i 的第 j 個輸入。前層節(jié)點與后層節(jié)點通過權(quán)值連接，層與層的節(jié)點之間相互連接，同一層的各節(jié)點間互相不連接。 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理 BP 網(wǎng)絡(luò)是目前應(yīng)用最廣的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之一， BP 網(wǎng)絡(luò)如圖 所示 是由一個輸人層，一個或多個隱層以及一個輸出層組成，上下層之間實現(xiàn)全連接，而每層神經(jīng)元之間無連接。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種應(yīng)用類似于大腦神經(jīng)突觸聯(lián)接的結(jié)構(gòu)進行信息處理的數(shù)學(xué)模型。脈沖因子對于沖擊脈沖類缺當(dāng)上升到一定程度后，隨著缺陷的發(fā)展，反而會下降。 我們要做的數(shù)據(jù)處理就上從上述多次測量后的振動信號參數(shù)選取我們所需的統(tǒng)計分析參數(shù)，作為 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊神經(jīng)輸入層神經(jīng)元個數(shù)。 作為本文采用 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷滾動軸承故障的關(guān)鍵的工作之一即為在采集滾動軸承的振動信號的時域或頻域參數(shù)中，如何選取合適的故障特征參數(shù)用作神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入。整個實驗如圖 ，分以下四個部分。 a —— 接觸角。滾動體是滾動軸承的核心元件，它使相對運動表面間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦。在此基礎(chǔ)上，將提取到的 參數(shù)作為BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入進行建模，采用所建立的 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊神經(jīng) 進行 仿真實驗 ，最終 ， 得到故障診斷結(jié)果。 第 4 章：采用已經(jīng)獲得的故障參數(shù)，構(gòu)建合理的 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并確定其結(jié)構(gòu)，對診斷輸出結(jié)果采取了判別區(qū)間的再處理?；诖朔椒ㄓ珠_發(fā)了燃氣輪機故障診斷系統(tǒng)軟件，該軟件由數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸、燃氣輪機性能仿真、傳感器故障診斷、熱參數(shù)狀態(tài)檢測與氣路診斷以及數(shù)據(jù)庫組成，根據(jù)采集到的燃氣輪機熱參數(shù)，利用該軟件可以實現(xiàn)對燃氣輪機部件實時性能監(jiān)測和故障診斷。特別是隨著計算機技術(shù)和人工智能理論的發(fā)展使得燃氣輪機故障診斷技術(shù)躍升到了智能故障診斷的水平。 1978 年，一本名為 《 Fault detection and diagnosis in chemical and petrochemical process》 的著作，是國際上首部關(guān)于故障診斷方面的專著。因此，研究的主要目的是建立起測量參數(shù)與故障類型之間的映射，進而準(zhǔn)確的判定故障類沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 型。 (1) 增加設(shè)備的安全性 有效的燃氣輪機故障診斷系統(tǒng)可以幫助燃氣輪機維護人員提前發(fā)現(xiàn)異常，迅速查明故障，并給出合理的解決方案，從而保證燃氣輪機正常運行，避免發(fā)生重大故障，進而造成巨大經(jīng)濟損失甚至人員傷亡。 此外，與其他機械零部件相比，滾動軸承有一個很大的特點，其壽命離散性很大。 fuzzy artificial neural work 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） VII 目 錄 1 緒 論 ............................................................................................................................... 1 課題背景和研究的意義 ............................................................................................. 1 研究背景 .............................................................................................................. 1 研究意義 .............................................................................................................. 2 國內(nèi)外故障診斷技術(shù)研究現(xiàn)狀 ................................................................................. 3 國外現(xiàn)狀 .............................................................................................................. 3 國內(nèi)現(xiàn)狀 .............................................................................................................. 4 研究內(nèi)容 ..................................................................................................................... 5 2 燃氣輪機關(guān)鍵部件故障診斷的總體方案設(shè)計 ............................................................... 7 滾動軸承故障的總體方案設(shè)計 ................................................................................. 7 滾動軸承機理及故障類型 ......................................................................................... 7 滾動軸承基本結(jié)構(gòu) .............................................................................................. 8 滾動軸承故障類型 .............................................................................................. 9 滾動軸承參數(shù)選取及處理 ....................................................................................... 10 3 故障診斷方法 .................................................................................................................. 13 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) .............................................................................................................. 13 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理 ............................................................................................... 13 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法 ..................................................................................