【正文】 BP 網(wǎng)絡(luò)由若干層神經(jīng)元組成，可分為輸入層、隱含層和輸出層。 (321)221nNjjNjkESdt???4. 構(gòu)造特征向量。n（3）峰值誤差（ ）? (317)maxd??其中， 和 分別為真實(shí)信號(hào)和降噪后信號(hào)的峰值。()sk ()?降噪的目標(biāo)是從被污染的測(cè)量信號(hào) 中恢復(fù)有用信號(hào) 。因此，選擇小波函數(shù)時(shí)，考慮時(shí)頻兩域的緊支撐尤為重要 [27]。因此三層小波包分解具有關(guān)系： (313)3333SADADAD????? S A 1 D 1 A A 2 D A 2 A D 2 D D 2 A A A 3 D A A 3 A D A 3 D D A 3 A A D 3 D A D 3 A D D 3 D D D 3 綜上所述，雖然多分辨率分析是一種有效的時(shí)頻分析方法，但它每次只對(duì)信號(hào)的低頻部分進(jìn)行分解，高頻部分保留不動(dòng)。將小波母函數(shù) 經(jīng)伸縮和平移后，就可以得到一個(gè)小波序列)(t= R， (32),ab?1()tba?,ab??0式中變量 a 為尺度因子，反映一個(gè)特定基函數(shù)的尺度（寬度），b 為平移因子，指明它沿 x 軸的平移位置，二者都是連續(xù)變化的值，因此我們稱 為連續(xù)小波函數(shù)基或,()abt?小波。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在缺乏先驗(yàn)知識(shí)的條件下，小波變換能有效檢測(cè)出腦電信號(hào)中短時(shí)低能的瞬態(tài)脈沖 [14]。3. 打開上游截止閥門、下游截止閥門，在管路暢通且連通大氣的情況下，對(duì)上游壓力傳感器、下游壓力傳感器進(jìn)行零點(diǎn)校正。(2) 使用按扭式漢字下拉菜單，使操作更加方便快捷。儀器的主要功能有以下三點(diǎn)：；2. 通過(guò)對(duì)不同來(lái)源的支撐劑進(jìn)行優(yōu)選和質(zhì)量控制，優(yōu)選出最佳導(dǎo)流能力的支撐劑；3. 預(yù)測(cè)支撐劑在地層上覆壓力下的導(dǎo)流能力大小。CDLY2022 長(zhǎng)期導(dǎo)流能力測(cè)試裝置是油田井下作業(yè)中支撐劑評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)不可或缺的設(shè)備之一。呂伯權(quán)、谷勇等人提出了兩種針對(duì)信號(hào)在多尺度的小波變換下不同表現(xiàn)行為的特點(diǎn)及利用小波網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)故障診斷的方法。目前，故障診斷技術(shù)在我國(guó)的化工、冶金、電力、鐵路等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了可喜的成果 [3]。由此可見，GA+BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠更好的進(jìn)行平流泵的故障診斷工作。與我一同工作的同志對(duì)研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作出了明確的說(shuō)明。為了解決上述問題，本文研究設(shè)計(jì)了 GA+BP 算法。 故障診斷技術(shù)的研究現(xiàn)狀簽于故障診斷在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的舉足輕重的作用，各國(guó)都將設(shè)備故障診斷作為一項(xiàng)重要的工作。最小二乘法因其簡(jiǎn)單實(shí)用且有極強(qiáng)的魯棒性成為參數(shù)估計(jì)的首選方法。MATLAB長(zhǎng)于數(shù)值計(jì)算，能處理大量的數(shù)據(jù)，而且效率比較高。第 2 章主要介紹了本文用于故障診斷的數(shù)據(jù)的采集方法。兩支壓力傳感器分別接在平板夾持器的上游和下游，其量程范圍是 0～25MPa，輸出電信號(hào)為 4～20 mA。 故障信號(hào)的數(shù)據(jù)采集根據(jù)平流泵的工作原理和技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)知，平流泵常見有管路中存在氣泡、出口處堵塞、流程泄漏等故障，而系統(tǒng)的壓力則可以較真實(shí)的反應(yīng)這些故障。實(shí)驗(yàn)證明，水印具有不可見性，對(duì)通常的圖像處理，如JPEG壓縮、剪切、縮放、中值濾波等以及噪聲干擾都具有很強(qiáng)的魯棒性 [11]。這種方法能有效的提取振動(dòng)信號(hào)的突變特征，供識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行診斷 [20]。 2()jjjktk??3．3 小波包分析 小波包的定義 對(duì)于給定的正交尺度函數(shù)和小波函數(shù)，其二尺度關(guān)系為： (36)0()2()ktht????? (37)1k?其中 ， ，0101(),()2kkhttdt???????101(),()2kkhttkdt?????????它們是多分辨率分析中的濾波器系數(shù)。若重構(gòu)時(shí)小波基不夠光滑，則引入的誤差將關(guān)系到頻率分辨率的高低。()t ()ktdt???（3）小波函數(shù) 可以由所謂“尺度函數(shù)” 求出來(lái)。（2）默認(rèn)閾值降噪處理：該方法利用函數(shù)產(chǎn)生的默認(rèn)閾值對(duì)信號(hào)降噪。因此，本文將采用給定硬閾值降噪方法對(duì) 120 組信號(hào)分別進(jìn)行降噪處理。同時(shí)他們也得出人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一些重要特性：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)之一是能濾掉噪聲，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤的將不正確的輸入當(dāng)作噪聲時(shí)，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)會(huì)轉(zhuǎn)化為缺點(diǎn)。（6）判斷是否。同年，日本慶應(yīng)義塾大學(xué)的 Kajiro、Watanabe 等將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于診斷化工過(guò)程的初期故障。三種方法降噪的性能對(duì)比如表 32 所示。小波包降噪處理的方法一般有以下三種 [22]：第 3 章 小波分析及信號(hào)處理目 錄目 錄目 錄16（1）強(qiáng)制降噪處理：該方法把小波分解結(jié)構(gòu)中的高頻系數(shù)全部變?yōu)?，然后再對(duì)信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)處理。在頻域上 在 處有 階原點(diǎn)，0p?N()t?()??0?N的消失矩為 。（2）正則性：它表現(xiàn)為小波基的可微性。jj jS A 1 D 1 A 2 D 2 A 3D 3 若函數(shù) 使它的整個(gè)平移系 構(gòu)成 的規(guī)范正交基，則稱0()tV??2{()}j jtkV???j為尺度函數(shù)（Scaling Function） ，相應(yīng)的空間 叫做尺度空間，并且()t j。 的信號(hào)處理中，從而可以滿足某些指標(biāo)更高精度的要求 [19]。胡戰(zhàn)虎根據(jù)圖像的小波系數(shù)具有很強(qiáng)的非高斯統(tǒng)計(jì)特性這一特點(diǎn)，對(duì)小波系數(shù)建立了推廣的拉普拉斯先驗(yàn)分布，用貝葉斯估計(jì)對(duì)圖像小波系數(shù)濾波以達(dá)到降噪目的，由于正交小波的正交性質(zhì)能夠保證白噪聲干擾圖像的小波系數(shù)所包含的噪聲是白色的，因此基于正交小波變換的貝葉斯估計(jì)有較好的降噪性能 [10]。圖 21 實(shí)驗(yàn)裝置流程圖Fig21 The Flow diagram of experiment equipment 第 2 章 故障信號(hào)的采集目 錄目 錄目 錄8數(shù)據(jù)處理窗體能按照用戶的要求，顯示某次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要打印輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)和曲線。其中，平流泵的流量范圍是 ～，壓力范圍是0～40Mpa，流量可調(diào)且恒流輸出。它是用遺傳算法首先對(duì)BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行前期優(yōu)化，以確定網(wǎng)絡(luò)的隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)及該結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的初始權(quán)值、閾值和學(xué)習(xí)速率，然后用得到的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)對(duì)平流泵進(jìn)行故障診斷，以期達(dá)到較BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有著更高診斷正確率和更優(yōu)訓(xùn)練性能等效果?；诙ㄐ阅Ｐ偷姆椒òǘㄐ杂^測(cè)器、定性仿真、知識(shí)觀測(cè)器等。參數(shù)估計(jì)故障診斷方法的基本思想是把理論建模和參數(shù)辨識(shí)結(jié)合起來(lái)。目前，許多大規(guī)模高精技術(shù)設(shè)備正在我國(guó)廣泛應(yīng)用，因此，對(duì)大型設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)、診斷、控制，是保證設(shè)備正常運(yùn)行，充分發(fā)揮最大效益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。選取 小波函數(shù)，用硬閾值小波包降噪的方3db法將信號(hào)降噪，然后進(jìn)行小波包分解與重構(gòu)，以提取信號(hào)的能量特征向量，并將得到的特征向量作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入。學(xué)位論文作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文使用授權(quán)書本人完全同意中國(guó)石油大學(xué)（華東）有權(quán)使用本學(xué)位論文（包括但不限于其印刷版和電子版） ，使用方式包括但不限于：保留學(xué)位論文，按規(guī)定向國(guó)家有關(guān)部門（機(jī)構(gòu)）送交學(xué)位論文，以學(xué)術(shù)交流為目的贈(zèng)送和交換學(xué)位論文，允許學(xué)位論文被查閱、借閱和復(fù)印，將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存學(xué)位論文。生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)劣直接影響著社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)可以建立比較準(zhǔn)確的被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型時(shí)，基于解析模型的方法當(dāng)為首選；當(dāng)可以得到被控過(guò)程的輸入輸出信號(hào)，但很難建立被控對(duì)象的解析數(shù)學(xué)模型時(shí)，可采用基于信號(hào)處理的方法；當(dāng)很難建立被控對(duì)象的定量數(shù)學(xué)模型時(shí)，可采用基于知識(shí)的方法?；谥R(shí)的方法還可以分為基于癥狀的方法和基于定性模型的方法。因此，本文針對(duì)該測(cè)試裝置中的平流泵展開故障診斷的研究。平流泵是驅(qū)遣液體的動(dòng)力源，它的工作狀況直接影響到整個(gè)實(shí)驗(yàn)的成敗。軟件的主要模塊有：零點(diǎn)校正窗體、系統(tǒng)自檢窗體、實(shí)驗(yàn)測(cè)試窗體、數(shù)據(jù)處理窗體、結(jié)束實(shí)驗(yàn)窗體。4. 設(shè)定平流泵排量為 5ml/min，采集平流泵正常工作狀態(tài)時(shí)的數(shù)據(jù)，模擬管路中存在氣泡、出口處堵塞、流程泄漏時(shí)的工作狀態(tài)，分別采集三種故障狀態(tài)時(shí)的數(shù)據(jù)。在國(guó)外，小波變換的各種應(yīng)用研究依然是熱點(diǎn)。每級(jí)逼近都2()ftLR?是用某一低通平滑函數(shù) 對(duì) 做平滑的結(jié)果，在逐級(jí)逼近時(shí)平滑函數(shù) 也做逐級(jí)? ()t?伸縮，這就是“多分辨率分析” ，即用不同的分辨率來(lái)逐級(jí)逼近分析函數(shù) 。它將有限頻帶細(xì)分為若干頻帶的組合，對(duì)高頻局部信號(hào)提高了分解能力，也就是更大的提高了時(shí)頻分辨率，因此，小波包分析是小波分析的改進(jìn)和發(fā)展 [22]。為了能夠更加精確的重構(gòu)，則需選擇正交性的小波基函數(shù)。選擇小波函數(shù)并確定分解的層數(shù)，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行小波包分解。同時(shí)，峰值誤差越中國(guó)石油大學(xué)（華東）碩士學(xué)位論文17接近于零，估計(jì)信號(hào)就越接近于原始信號(hào)，降噪效果越好 [30]。??12NNu…本文采用三層小波包分解，對(duì) 120 組數(shù)據(jù)分別提取了能量特征向量。同一層的神經(jīng)元不聯(lián)系，而各層間神經(jīng)元的狀態(tài)會(huì)相互影響。張煒等一批科技工作者對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行了研究，采用動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)算法，引入了控制因子，結(jié)果表明這種改進(jìn)方法提高了BP網(wǎng)絡(luò)的收斂速度，改善了網(wǎng)絡(luò)的性能，具有實(shí)際應(yīng)用意義 [33]。 2. 將信號(hào)進(jìn)行 N 層小波包分解，以 分別表示第 N 層低頻到高頻 個(gè)頻帶的分NjX2N解系數(shù)向量，得到第 N 層從低頻到高頻 個(gè)頻帶的特征信號(hào) ，j=1,2, …, 。（1）信噪比（SNR）若將原始信號(hào)作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) ，則降噪后的估計(jì)信號(hào) 的信噪比（SNR）公()xn?()xn式定義為： (315)2()10log?[]nxSNR?????????其中， 為離散采樣信號(hào)的長(zhǎng)度。綜合考慮 、 、 、 幾種小波，本文選用 小2db34db53db波進(jìn)行信號(hào)分析。這四個(gè)性質(zhì)對(duì)于信號(hào)分析有著一定的影響，但在選擇時(shí)還要將這些參數(shù)與工程信號(hào)相結(jié)合 [26]。遞推下去得0n? ，…2j?，小波包分解的一般表達(dá)式為 231jjjW?? (39)45671jjjjjUU?? …… 12122kkkjjjj????…中國(guó)石油大學(xué)（華東）碩士學(xué)位論文13 小波包的分解與重構(gòu)算法由小波包的空間分解，我們可以得到，小波包系數(shù)遞推公式為： (310)1,2,0(2)jnjnklkldhd???? (311), ,1()j jll所以小波包的重建公式為： (312), 1,21,21,21,20(2)() 01[ ]()()jnjnjnjnjnllklk k kl k kdhdhdgldgld???????????三層小波包分解的示意圖如圖32所示。式(31)為小波函數(shù)的可容許條件。該算法可用于提取語(yǔ)音的精確的基音周期，準(zhǔn)確的進(jìn)行聲調(diào)識(shí)別，并用實(shí)例說(shuō)明了算法的有效性 [13]。若有，需要將系統(tǒng)壓力泄掉以后，再緊固泄漏的部位。所用到的 RS232 通信線連接到計(jì)算機(jī)的 COM 口，可用 Windows XP 自帶的超級(jí)終端測(cè)試天平是否能夠與計(jì)算機(jī)通信。第 2 章 故障信號(hào)的采集目 錄目 錄目 錄6第 2 章 故障信號(hào)的采集 儀器簡(jiǎn)介CDLY2022 長(zhǎng)期導(dǎo)流能力測(cè)試裝置是油田井下作業(yè)中支撐劑評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)不可或缺的設(shè)備之一，它主要用來(lái)測(cè)量在一定閉合壓力下不同支撐劑的導(dǎo)流能力。 本文的故障診斷仿真工作就是在 MATLAB 平臺(tái)上完成的?；谛盘?hào)處理的方法又可分為直接測(cè)量系統(tǒng)輸入輸出方法、基于小波變換的方法、輸出信號(hào)處理方法、信息匹配診斷法、基于信息融合的方法、信息校核方法等 [7]。我國(guó)故障診斷技術(shù)的研究起步于20世紀(jì)70年代末期，20世紀(jì)80年代開始蓬勃發(fā)展，隨后在各領(lǐng)域分別確定了設(shè)備診斷的目標(biāo)、方向和試點(diǎn)單位。另外，交叉算子和變異算子都采用自適應(yīng)的方法。 Control EngineeringChina University of Petroleum (EastChina)關(guān)于學(xué)位論文的獨(dú)創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，論文中有關(guān)資料和數(shù)據(jù)是實(shí)事求是的。首先，GA 對(duì) BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)做前期優(yōu)化，確定出最佳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及該結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的初始權(quán)值、閾值和網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)速率；然后，構(gòu)造具有最佳結(jié)構(gòu)和參數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行故障診斷。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方面，首推美國(guó)西屋公司，它于1990年完成了網(wǎng)絡(luò)化的汽輪發(fā)電機(jī)組智能化故障診斷專家系統(tǒng)。它要求系統(tǒng)可觀測(cè)或者部分可觀測(cè)，通常用Luenberger觀測(cè)器及卡爾曼濾波器進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)。 MATLAB 被稱為第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，它有不同于其他高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)： 1．編程效率高；2．用戶使用方便；3．?dāng)U充能力強(qiáng)，交互性好；4．移植性、開放性好；句