一种基于信度更新与融合的船舵故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种基于信度更新与融合的船舵故障诊断方法。本发明专利技术根据传感器采集到的监测样本及其参考值集合构造关于船舵各个故障模式的参考信度分布；将单个传感器的监测样本带入参考信度分布获取故障的静态信度，利用信度更新规则对前后时刻静态信度进行融合获取全局动态信度；利用信度融合规则对于多个传感器的全局动态信度进行融合，并根据融合后的综合信度进行故障决策。通过单传感器的信度更新和多传感器的信度融合过程，能够显著提高故障决策的精准性。障决策的精准性。障决策的精准性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于信度更新与融合的船舵故障诊断方法


[0001]本专利技术涉及一种基于信度更新与融合的船舵故障诊断方法，属于船舶安全运行维护领域。

技术介绍

[0002]船舵是控制船舶行驶方向的核心装置，在船舶行驶过程中起到了十分重要的作用。近年来，随着自动控制技术的发展，船舵自动控制系统的应用逐渐增多，该系统的稳定性保证了船舶运行的稳定性和安全性。由于船舶航行受气候条件、水文条件及航道条件等因素影响大，船舵在水下受各种异物干扰常常出现故障，影响船舶的正常航行。因此，实时诊断船舵发生的故障进而采取应对措施，对于保证船舶正常航行尤为重要。
[0003]在获得船舵运行状态的监测变量采样值之后，传统的船舵故障诊断方法包括数字滤波、时间延迟、设置死区等方法，这些方法通常按照一定的规则，将采样值与设定的阈值进行比较，超限即发出异常报警。但是，实际中由于这些变量采样值受到噪声干扰，通过单个监测变量的超限报警通常难以给出准确的诊断结果。因此，本专利技术将多个监测变量的采样值转化为相应的信度值，用于描述该采样值支持故障发生的程度，然后将历史和当前的信度值进行更新和融合操作，从而给出比单一监测量更稳定和更精确的诊断结论。

技术实现思路

[0004]为了解决上述已有技术存在的不足，本专利技术提出一种基于信度更新与融合的船舵故障诊断方法，本专利技术具体技术方案如下：
[0005]一种基于信度更新与融合的船舵故障诊断方法，包括以下步骤：
[0006]S1：通过加速度传感器监测船舵自动控制系统左右舵机运行情况，包括正常运转(W1)，舵机掉电故障(W2)，舵机停转故障(W3)；
[0007]S2：根据采集到的加速度样本及其参考值集合构造关于W1、W2、W3的参考信度分布；
[0008]S3：对于S1中获取的采样值x
i
(t)，利用步骤S2中的参考信度分布，可获取x
i
(t)分别支持舵机处于W1、W2、W3这三种状态的静态信度；
[0009]S4：基于信度更新规则，利用当前t时刻的静态信度对历史全局动态信度进行更新，得到当前t时刻的全局动态信度；
[0010]S5：基于信度融合规则，将步骤S4中x
i
(t)的全局动态信度进行融合，得到当前t时刻的综合信度；
[0011]S6：对于步骤S5中得到的综合信度，设计决策准则，判定t时刻舵机的运行状态；
[0012]进一步地，所述步骤S1具体如下：
[0013]设定船舵自动控制系统中的舵机分为左舵、右舵两个，分别在左、右舵所处机舱内壁安装振动加速度传感器监测舵机的运行情况，右舵振动速度记为x1，左舵振动速度记为x2，单位为毫米/秒，采样频率10Hz；设定舵机的状态模式集合为Θ＝{W1,W2,W3}其中W1＝0表示左右舵正常运转，W2＝1表示某舵掉电故障，W3＝2表示左右舵停转故障。
[0014]进一步地，所述步骤S2具体如下：
[0015]对于传感器采集到的加速度样本x1(t)、x2(t)，t＝1,2,3,
…
，t为采样时刻，x1(t),x2(t)∈[0mm/s,2.5mm/s]，x1(t)，x2(t)的参考值集合为(t)的参考值集合为其中构造关于x
i
(t)与其参考值的参考信度分布其中，表示x
i
(t)取值为时，船舵状态为W
k
的参考信度，并有且
[0016]进一步地，所述步骤S3具体如下：
[0017]S3
‑
1：x
i
(t)对于参考值的趋近程度通过如下公式计算：
[0018][0019]其中，f
i
，i＝1,2，为集散因子，这里设为0.47，0.35；
[0020]S3
‑
2：基于步骤S2获得的参考信度分布，获得x
i
(t)在t时刻的静态信度其公式如下：
[0021][0022]进一步地，所述步骤S4具体如下：
[0023]S4
‑
1：当1≤t≤3时，有全局动态信度等于该时刻静态信度e
i
(t)；
[0024]S4
‑
2：当4≤t时，将历史全局动态信度q
i
(1:t
‑
1)与当前静态信度e
i
(t)利用信度更新规则进行更新，通过下式实现：
[0025][0026][0027]其中，w1与w2分别为历史全局动态信度q
i
(1:t
‑
1)与当前静态信度e
i
(t)的权重，设为1，r
t
为当前静态信度e
i
(t)的可靠性，通过如下公式计算：
[0028][0029]其中由如下公式(6)给出，定义为历史全局动态信度q
i
(1:t
‑
1)的可靠性；
[0030][0031]r0＝1是可靠性初始值，τ是奖惩因子，通过比较当前静态信度e
i
(t)与历史全局动态信度q
i
(1:t
‑
1)，如果两个信度指向同一个状态，则τ＝1，否则，τ＝
‑
1；c是根据两个信度
之间的相似性度量给出的可靠性增强因子，通过下式计算：
[0032][0033]其中，T1和T2分别是历史全局动态信度q
i
(1:t
‑
1)、当前静态信度e
i
(t)与标准化信度的相似度，通过下式给出：
[0034][0035][0036]进一步地，所述步骤S5具体如下为：
[0037]S5
‑
1：将通过步骤S4获得的全局动态信度q1(1:t)和q2(1:t)通过信度融合规则进行融合，得到当前t时刻的综合信度Q(t)＝[Q1(t),Q2(t),Q3(t)]，公式如下：
[0038][0039][0040]其中，β1和β2分别是关于全局动态信度q1(1:t)和q2(1:t)的可靠性，通过下式获得：
[0041][0042]其中，d
i
(t)是每时刻全局动态信度q
i
(1:t)与标准化信度的距离，通过下式计算：
[0043](t),x2(t)∈[0mm/s,2.5mm/s]，x1(t)，x2(t)的参考值集合为其中构造关于x
i
(t)与其参考值的参考信度分布其中，表示x
i
(t)取值为时，船舵状态为W
k
的参考信度，并有且
[0059]为了便于对样本参考值和参考信度分布的理解，这里举例说明。设加速传感器获得的样本集合，样本集合中的数据经统计可得船舵振动速度有效值x
i
(t)的变化范围为[0mm/s,2.5mm/s]；输入船舵振动速度有效值x
i
(t)的参考值集合设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于信度更新与融合的船舵故障诊断方法，其特征在于该方法包括以下步骤：S1：通过加速度传感器监测船舶自动控制系统左右舵机运行情况，包括正常运转W1，舵机掉电故障W2，舵机停转故障W3；S2：根据采集到的加速度样本及其参考值集合构造关于W1、W2、W3的参考信度分布；S3：对于S1中获取的采样值x
i
(t)，利用步骤S2中的参考信度分布，获取x
i
(t)分别支持舵机处于W1、W2、W3这三种状态的静态信度；S4：基于信度更新规则，利用当前t时刻的静态信度对历史全局动态信度进行更新，得到当前t时刻的全局动态信度；S5：基于信度融合规则，将步骤S4中x
i
(t)的全局动态信度进行融合，得到当前t时刻的综合信度；S6：对于步骤S5中得到的综合信度，设计决策准则，判定t时刻舵机的运行状态。2.根据权利要求1所述的一种基于信度更新与融合的船舵故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S1具体如下：设定船舶自动控制系统中的舵机分为左舵、右舵，分别在左、右舵所处机舱内壁安装振动加速度传感器监测舵机的运行情况，右舵振动速度记为x1，左舵振动速度记为x2，单位为毫米/秒，采样频率10Hz；设定舵机的状态模式集合为Θ＝{W1,W2,W3}；其中W1＝0表示左右舵正常运转，W2＝1表示某舵掉电故障，W3＝2表示左右舵停转故障。3.根据权利要求2所述的一种基于信度更新与融合的船舵故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S2具体如下：对于传感器采集到的加速度样本x1(t)、x2(t)，t＝1,2,3,
…
，t为采样时刻，x1(t),x2(t)∈[0mm/s,2.5mm/s]；x1(t)，x2(t)的参考值集合为其中构造关于x
i
(t)与其参考值的参考信度分布其中，表示x
i
(t)取值为时，船舵状态为W
k
的参考信度，并有且4.根据权利要求3所述的一种基于信度更新与融合的船舵故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：S3
‑
1：x
i
(t)对于参考值的趋近程度通过如下公式计算：其中，f
i
，i＝1,2，为集散因子；S3
‑
2：基于步骤S2获得的参考信度分布，获得x
i
(t)在t时刻的静态信度其公式如下：5.根据权利要求4所述的一种基于信度更新与融合的船舵故障诊断方法，其特征在于，
所述步骤S4具体为：S4
‑
1：当1≤t≤3时，有全局动态信度即为该时刻静态信度，即q...

【专利技术属性】
技术研发人员：马枫，黄蔚栋，罗洋，徐晓滨，孙杰，席敬波，张雪林，沈旭峰，翁旭，陈晨，冯静，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学杭州钱航船舶修造有限公司，
类型：发明
国别省市：