非线性系统故障可诊断性量化评价与优化设计方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61763027
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    37.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0301.控制理论与技术
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The research shows that the low fault diagnosability is one of the major reasons of high system failure rate, namely the measurable information cannot support the fast and reliable system fault detection. As a result, conducting diagnosability quantitative evaluation and optimization design toward fault of nonlinear system is an effective way to solve above problem. Based on the research basis of fault diagnosability quantitative evaluation and dynamic system sensor optimization, this project overcomes the uncertainties of nonlinear system, and employs the effective methods of K-L divergence as basics and the effective methods of maximum entropy density function estimation and adaptive threshold as supplement so as to realize a relatively accurate fault diagnosability quantitative evaluation. And then, based on system characteristics, the methods of dynamic programming and soft sensor are employed to design measured points and so as to solve the problem of insufficient measured points information which restrict the fault diagnosability, to put the after-system affair fault diagnosability before the system design stage and to enable the system has relatively higher diagnosability during design stage. In addition, the improved NSGA-II algorithm is to be employed to conduct optimal allocation with the core of quantitative index and support of stability, economy and other goals toward the sensor so as to realize the purpose of stable, high-effective and saving operation of nonlinear system, thus providing new ideal and space for theory and application research of fault diagnosability of nonlinear system.
研究表明,故障可诊断性低是导致系统故障率居高不下的主要原因之一,而可测信息不足则是难以支撑迅速、可靠检测系统故障的本征所在。因此,针对非线性系统,从故障可诊断性量化评价着眼,并进行优化提升设计是解决上述问题的有效途径。本项目结合故障可诊断性量化评价和动态系统传感器优化配置的研究基础,为克服非线性系统不确定因素的影响,以K-L散度为基础,最大熵密度函数估计和自适应阈值为补充的有效方法,实现较为准确的故障可诊断性量化评价。基于此,切实考虑系统特性,运用动态规划和软测量的方法对测点进行设计,解决测点信息不足这一制约故障可诊断性的症结,并将故障可诊断性提升这一后系统事件前置于系统设计阶段。还拟对传感器采用改进的NSGA-II算法进行以量化指标为主,兼顾可靠性、经济性等多目标的优化配置,实现非线性系统可靠、高效、节约运行的目标。项目的实施可为非线性故障可诊断性研究的理论与应用拓展新的思路与空间。

结项摘要

在现代工程系统中,如何采用有效手段提高系统的故障可诊断性和故障预测的准确率,从而降低事故风险是一个迫切需要解决的问题,特别是在非线性系统,由于其构造的复杂性和噪声、外部扰动等不确定因素的存在,始终是开展相关研究所面临的难题。.因此,本项目旨在提高系统可诊断性和故障预测效率,针对非线性系统,从故障可诊断性的量化评价方法、故障可诊断性提升设计方案、基于故障可诊断性量化评价的传感器优化配置等方面开展研究。通过对制约故障可诊断性的关键因素进行分析,建立了基于K-L散度思想的系统故障可诊断性量化评价框架,利用统计方法构建自适应阈值以提升评价的准确性。根据量化评价结果,在动态规划法的基础上构建了增设最优测点的解法,形成故障可诊断性提升设计方案,解决了系统在设计阶段即可着手进行诊断性设计的操作性问题。改进贪心算法的测点传感器配置方法,结合软传感器技术和基于故障特征的可分离性设计方法,研制集节约系统成本和简化设计复杂度的多目标优化配置模型,为切实提高系统的故障诊断能力,进而使得系统具有更高的安全性、可靠性和经济性提供了新的思路和技术支撑。.区别于系统的故障可诊断性设计作为后事件分析的非线性系统故障诊断方法,本课题另辟蹊径,从诊断性设计前移至系统设计之初,提出对可诊断性量化评价方法,并考虑结构、成本等约束进行系统可诊断性优化设计。改进的最大熵概率密度函数估计和自适应阈值技术对于解决在不确定性因素影响下难以准确进行故障可诊断性评价是一突破。从量化角度改进NSGA-II算法使传感器多目标优化配置模型更为高效,为现实中高品质低成本的系统运行提供可借鉴的方法和参考依据。本项目已实施应用于车辆电源的实际运用中,取得了一些理论和技术成果,对于促进现代工程稳定健康发展具有重要的科学意义和现实意义。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
基于多状态时间序列预测学习的电源车故障预测方法
  • DOI:
    10.13229/j.cnki.jdxbgxb20181290
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    吉林大学学报. 工学版
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李炜;周丙相;蒋栋年;孙晓静
  • 通讯作者:
    孙晓静
基于线性扩张状态观测器的永磁同步电机状态估计与性能分析
  • DOI:
    10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.180379
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    电工技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    毛海杰;李炜;蒋栋年;冯小林
  • 通讯作者:
    冯小林
Incipient Fault Diagnosis and Amplitude Estimation Based on K-L Divergence with a Gaussian Mixture Model
基于高斯混合模型K-L散度的早期故障诊断和幅度估计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Review of Scientific Instruments
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    蒋栋年;李炜
  • 通讯作者:
    李炜
基于双权重多邻域保持嵌入的间歇过程故障检测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    控制与决策
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姚红娟;赵小强;李炜;惠永永
  • 通讯作者:
    惠永永
基于深度置信网络的车载电源故障诊断方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    兰州理工大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李炜;雷雪;蒋栋年
  • 通讯作者:
    蒋栋年

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其他文献

非线性网络化控制系统鲁棒容错控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    电气自动化
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李炜;蒋栋年;(Lanzhou University of Technology;Gansu Lanzhou 73
  • 通讯作者:
    Gansu Lanzhou 73
基于线性扩张状态观测器的永磁同步电机状态估计与性能分析
  • DOI:
    10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.180379
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    电工技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    毛海杰;李炜;蒋栋年;冯小林
  • 通讯作者:
    冯小林
基于T-S模型的非线性NCS传感器完整性设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    控制工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王君;李炜;李战明;蒋栋年;WANG Jun;LI Wei;LI Zhan-ming;JIANG Dong-nian(1.Col;2.Key Laboratory of Advanced Control for Industria
  • 通讯作者:
    2.Key Laboratory of Advanced Control for Industria
基于T-S云模型的非线性网络化控制系统保性能鲁棒容错控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    兰州理工大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蒋栋年;李炜;王君;JIANG Dong-nian1;2;LI Wei1;2;WANG Jun1;2(1.College;2.Gansu Province Key Lab of Industrial Advanced Pr
  • 通讯作者:
    2.Gansu Province Key Lab of Industrial Advanced Pr
基于自适应阈值的粒子滤波非线性系统故障诊断
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    北京航空航天大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蒋栋年;李炜
  • 通讯作者:
    李炜

其他文献

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AI项目思路

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蒋栋年的其他基金

基于冗余度量化评价的自诊断传感器优化设计方法研究
  • 批准号:
    62263020
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    34 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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