船舶自动舵故障诊断系统设计与实现

论文摘要

船舶自动操舵仪又称自动舵,用来保持船舶在给定航向或航迹上航行,是船舶操纵的关键设备。船舶自动舵尚没有专用的故障诊断系统,当前的维修方法不能满足快速保障和应急保障的需要。本文结合某型自动舵微机通道故障诊断科研项目,重点论述某型自动舵数字控制系统的故障诊断设计与实现,研究了基于模糊推理的船舶自动舵故障诊断专家系统和基于支持向量机的船舶自动舵模拟电路故障诊断方法。对某型自动舵充分调研,在了解系统软、硬件的总体技术要求和指标的基础上,建立检测对象的数学模型和物理模型。确定故障检测的对象特点,为系统故障仿真、参数辨识做好准备,并为后续的故障检测、诊断方法研究提供了参考。结合某型自动舵数字控制系统实际情况,确定其故障诊断系统采用分层递阶结构。系统底层为基于嵌入式微处理器的信号检测单元,负责获取微机通道的总线控制权以及信号预处理;系统中间层为通讯子系统,负责对底层多个检测单元信息集中传送;系统顶层为故障诊断和显示子系统,负责对微机通道的信息进行综合评价,得出最终诊断结论。船舶自动舵系统结构繁杂,很多故障很难用精确的公式将它表示出来,提出了基于模糊推理的船舶自动舵故障诊断专家系统,提高了自动舵故障诊断准确性。该系统将模糊数学、模糊诊断原理及专家经验相结合,采用模糊产生式知识表示法,确定模糊关系矩阵及语义距离,设计相关硬件平台,实现了船舶自动舵故障诊断模糊专家系统的各个功能模块。为解决船舶自动舵模拟电路故障诊断复杂多样难于辨识的问题,提出了基于支持向量机的故障诊断方法。该方法通过电路仿真分析,给出了各故障模式下电压频率响应,提取具有代表性的故障特征,建立了以支持向量机为基础的模拟电路故障诊断模型。实验结果证明,该方法可有效诊断模拟电路中的元件故障,且对于元件容差引起的故障诊断模型的不确定性具有较强的鲁棒性,满足非线性电路的故障诊断要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 故障诊断的研究现状及发展
• 1.3 专家系统的研究现状
• 1.4 支持向量机理论国内外发展概况
• 1.5 本文所做的工作
• 第2章 某型船舶自动舵系统组件分析
• 2.1 某型船舶自动舵
• 2.1.1 主要的技术指标
• 2.1.2 某型船舶自动舵特点及性能参数
• 2.1.3 某型船舶自动舵的基本组成
• 2.2 某型船舶自动舵系统放大装置
• 2.2.1 相敏放大电路
• 2.2.2 手动天调和积分限位电路
• 2.2.3 PID运算电路
• 2.2.4 综合放大器电路
• 2.3 某型船舶自动舵数学模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 某型自动舵数控系统故障诊断的设计
• 3.1 故障诊断系统总体结构
• 3.2 主要技术指标
• 3.3 故障诊断系统功能设计
• 3.4 某型自动舵数字控制系统故障诊断硬件设计
• 3.4.1 系统技术要求
• 3.4.2 检测系统设计方案
• 3.4.3 检测单元设计
• 3.4.4 通讯子系统设计
• 3.5 某型自动舵数字控制系统故障诊断软件设计
• 3.5.1 诊断系统软件总体结构
• 3.5.2 数据库连接
• 3.5.3 软件功能设计
• 3.5.4 故障特征提取
• 3.6 本章小结
• 第4章 某型自动舵数控系统故障诊断实现及试验结果
• 4.1 某型自动舵数字控制系统组成
• 4.2 故障诊断系统检测单元组成
• 4.3 某型自动舵数字控制系统故障诊断功能
• 4.3.1 自动检测功能
• 4.3.2 故障诊断功能
• 4.3.3 查询功能
• 4.3.4 诊断结果报表打印功能
• 4.4 整机检测试验
• 4.5 本章小结
• 第5章 船舶自动舵故障模糊诊断专家系统研究
• 5.1 船舶自动舵系统常见故障及其产生机理
• 5.2 船舶自动舵故障模糊诊断专家系统结构
• 5.3 数据采集及高速传输系统设计
• 5.4 船舶自动舵故障诊断专家系统的知识库
• 5.4.1 知识的获取
• 5.4.2 知识的表示
• 5.5 确定故障征兆向量及模糊矩阵元素
• 5.6 模糊推理及诊断过程
• 5.7 某型自动舵系统故障诊断实例
• 5.8 本章小结
• 第6章 船舶自动舵模拟电路故障诊断研究
• 6.1 PSPICE与MATLAB简介
• 6.1.1 PSPICE介绍
• 6.1.2 MATLAB介绍
• 6.2 支持向量机分类原理
• 6.3 基于支持向量机的故障诊断方法
• 6.3.1 基于支持向量机的故障诊断总体思想
• 6.3.2 故障样本集的构造
• 6.3.3 故障特征提取方法
• 6.4 船舶自动舵模拟电路故障诊断实例
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢