一种用于深潜器推进器的故障诊断系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种用于深潜器推进器的故障诊断系统及方法，涉及深潜器推进系统故障诊断技术领域，包括：外箱体

【技术实现步骤摘要】
一种用于深潜器推进器的故障诊断系统及方法


[0001]本专利技术涉及深潜器推进系统故障诊断
，具体涉及一种用于深潜器推进器的故障诊断系统及方法
。

技术介绍

[0002]随着人工智能
、
材料和能源等领域的飞速发展，潜器的使命能力在不断提升
。
其工作场景主要为复杂多变的海洋环境，容易受到风浪流等载荷的耦合作用
。
如何保障其安全
、
可靠地完成各项任务是潜器不断发展的重要前提，如何准确
、
有效地对潜器进行状态监测和故障诊断是保障其安全性的关键技术
。
潜器推进器作为潜器的重要部分，与航行器的任何航次都息息相关，因此对推进器的故障诊断也极为重要
。
[0003]推进器负荷较重且包含部件较多，故障原因复杂多变，对其故障诊断的研究在运动建模
、
信息处理
、
数据挖掘
、
深度学习等诸多领域，已得到海洋科学界的广泛关注，已经取得了诸多研究成果
。
但是与工业自动化与飞行器等推进系统故障诊断与健康管理系统相比，在潜器推进器方面，无论是故障诊断的基础理论还是智能健康监控系统研发都存在较大差距，关于推进系统故障诊断装备的研究开发也较为缺乏
。
[0004]随着潜器运行环境不断复杂，任务类型不断丰富，推进器作为其主要部件，其是否能正常工作将对潜器产生重要影响
。
故障诊断系统作为故障诊断的重要工具，当前故障诊断主要依赖于个人便携式手提或台式计算机，但随着潜器工作环境趋向复杂化，个人便携式计算机可能无法适应高温高盐
、
极寒
、
风暴等恶劣气候条件，以至于丧失工作能力，无法实现精准高效的故障诊断
。
[0005]因此，现需要一种能适应复杂气候条件
、
并对深潜器推进器的运行状态进行检测
、
识别并定位的故障诊断系统及方法
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种用于深潜器推进器的故障诊断系统及方法，以解决现有技术中深潜器推进器故障诊断系统不能适应复杂气候条件，以至于无法进行高精度
、
高效率的故障诊断的问题
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种用于深潜器推进器的故障诊断系统，包括：外箱体
、
显示屏
、
键盘和电气设备，外箱体具有上盖和与上盖的一端连接的盒体，显示屏内嵌于上盖中，键盘位于盒体上表面，盒体内部具有电气设备，电气设备包括：电源模块
、
稳压电源
、
降压模块
、
上位机
、
通讯模块
、
电压输出模块
、
电流电压采集模块和转速采集模块；稳压电源还与推进器相连；降压模块和上位机相连，电压输出模块
、
电流电压采集模块和转速采集模块通过通信模块与上位机相连；电压输出模块
、
电流电压采集模块和转速采集模块分别与推进器连接
。
[0008]进一步地，电源模块将输入的
220V
交流电压转化为
24V
直流电压，其中一路
24V
直流电压通过降压模块向上位机和显示屏供电，
24V
直流电压还分别向通信模块
、
电压输出模
块
、
电流电压采集模块和转速采集模块供电
。
[0009]进一步地，电源模块连接稳压电源后分别通过2芯插接件连接上位机，稳压电源通过导线连接2芯插接件后再连接
10
芯插接件的两个芯，最后连接推进器，
10
芯插接件从外箱体内部穿出；稳压电源将
220V
交流电转化为
110V
直流电给推进器供电，上位机通过
485
模块接收稳压电源向推进器输出的电流电压信号；电压输出模块
、
电流电压采集模块和转速采集模块模块通过
10
芯插接件的一部分导线与推进器连接并进行信号传输
。
[0010]进一步地，电压输出模块将输入的数字信号经过数模转换，输出为连续电压信号
。
[0011]进一步地，转速采集模块为
PWM
采集模块
。
[0012]进一步地，通讯模块将
RS485
串口信号转换成以太网信号，上位机通过以太网接收数据，通讯模块与电压输出模块
、
电流电压采集模块和转速采集模块通过
485
模块进行数据传输
。
[0013]本专利技术还提供一种用于深潜器推进器的故障诊断方法，具体包括如下步骤：
S1
，获取深潜器推进器的运行数据，并对利用
PCA
方法对运行数据降维
。
[0014]S2
，采用
DBSCAN
算法对运行数据进行分类，以提取故障数据
。
[0015]S3
，采用
RFR
算法对故障数据进行数据增强，得到故障样本数据，并对样本数据进行预处理，赋予相应的故障类别标签
。
[0016]S4
，基于卷积神经网络进行故障诊断
。
[0017]进一步地，步骤
S1
具体包括如下步骤：
S1.1
，矩阵由推进器运行数据构成，将矩阵定义为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）
。
[0018]S1.2
，将每一列的数据进行中心化，得到新的数据矩阵，中心化的公式为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）
。
[0019]式（2）中代表被中心化的数据，代表遍历第行的每一个数据
。
[0020]S1.3
，计算样本的协方差矩阵：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）；式（3）中代表为中心化后的矩阵
。
[0021]S1.4
，基于特征值或者
SVD
分解协方差矩阵，求解出协方差矩阵的特征值以及对应的特征向量
。
[0022]S1.5
，将特征向量按对应特征值大小从上到下按行排列成矩阵，取得
k
行组成矩阵
。
[0023]S1.6
，得到降维后的新数据：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）；即获得降维后的数据：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（5）
。
[0024]进一步地，步骤
S3
具体包括如下步骤：
S3.1
，通过搭建实验平台本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于深潜器推进器的故障诊断系统，其特征在于，包括：外箱体
、
显示屏
、
键盘和电气设备，所述外箱体具有上盖和与所述上盖的一端连接的盒体，所述显示屏内嵌于所述上盖中，所述键盘位于所述盒体上表面，所述盒体内部具有所述电气设备，所述电气设备包括：电源模块
、
稳压电源
、
降压模块
、
上位机
、
通讯模块
、
电压输出模块
、
电流电压采集模块和转速采集模块；所述显示屏和所述键盘与所述上位机相连；所述电源模块分别与稳压电源
、
降压模块
、
通讯模块
、
电压输出模块
、
电流电压采集模块和所述转速采集模块连接；所述稳压电源还与推进器相连；所述降压模块和所述上位机相连，所述电压输出模块
、
所述电流电压采集模块和所述转速采集模块通过通信模块与所述上位机相连；所述电压输出模块
、
所述电流电压采集模块和所述转速采集模块分别与推进器连接
。2.
根据权利要求1所述的一种用于深潜器推进器的故障诊断系统，其特征在于，所述电源模块将输入的
220V
交流电压转化为
24V
直流电压，其中一路
24V
直流电压通过所述降压模块向所述上位机和所述显示屏供电，
24V
直流电压还分别向所述通信模块
、
所述电压输出模块
、
所述电流电压采集模块和所述转速采集模块供电
。3.
根据权利要求1所述的一种用于深潜器推进器的故障诊断系统，其特征在于，所述电源模块连接所述稳压电源后分别通过2芯插接件连接所述上位机，所述稳压电源通过导线连接2芯插接件后再连接
10
芯插接件的两个芯，最后连接所述推进器，所述
10
芯插接件从外箱体内部穿出；所述稳压电源将
220V
交流电转化为
110V
直流电给所述推进器供电，所述上位机通过
485
模块接收所述稳压电源向所述推进器输出的电流电压信号；所述电压输出模块
、
所述电流电压采集模块和所述转速采集模块通过
10
芯插接件的一部分导线与所述推进器连接并进行信号传输
。4.
根据权利要求1所述的一种用于深潜器推进器的故障诊断系统，其特征在于，所述电压输出模块将输入的数字信号经过数模转换，输出为连续电压信号
。5.
根据权利要求1所述的一种用于深潜器推进器的故障诊断系统，其特征在于，所述转速采集模块为
PWM
采集模块
。6.
根据权利要求1所述的一种用于深潜器推进器的故障诊断系统，其特征在于，所述通讯模块将
RS485
串口信号转换成以太网信号，所述上位机通过以太网接收数据，所述通讯模块与所述电压输出模块
、
电流电压采集模块和所述转速采集模块通过
485
模块进行数据传输
。7.
一种用于深潜器推进器的故障诊断方法，利用权利要求1‑6中的任意一项所述的系统，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1
，获取深潜器推进器的运行数据，并对利用
PCA
方法对运行数据降维；
S2
，采用
DBSCAN
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云赛，刘增凯，黄心成，黄博远，柳龙生，牛强国，张栋，姜清华，钟刘骏，谢天煜，王政，万丹阳，
申请(专利权)人：青岛哈尔滨工程大学创新发展中心，
类型：发明
国别省市：