[发明专利]一种基于模板匹配的多开关参量故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及故障诊断技术，特别涉及一种基于模板匹配的多开关参量故障诊断方法。 

背景技术

在工业生产、航天和国防等领域，随着许多设备逐步趋向大型化和复杂化，故障发生的可能性也随之增加。能否有效地监测设备运行的状态、快速准确地诊断设备发生的故障，是保障设备安全运行、保证任务顺利完成的关键所在。 

现有的监测方法一般通过实时测量设备运行时的状态参量，分析其中所包含的设备特征信息，而后依据一定的故障诊断策略，判断设备当前的状态，以实现对设备的故障诊断。 

开关量是设备状态参量中的主要类型，它是指设备中只具有开和关或1和0两种状态的参量类型，如限位开关、旋转开关、温度开关、各种按键、继电器的输出。开关量可分为以下两种：通断型(无源)开关量，反映被控对象的各种开关和触点的通、断状态；电平型(有源)开关量，反映逻辑电平的高低状态。但是，在现有技术中，对于这两种类型开关量的故障诊断只能是一对一的进行，而对于集成度越来越高的各种设备的多个开关量信号的状态组合出现的问题无能为力。 

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本发明的目的在于通过设备的多个开关量信息，提供一种基于模板匹配的多开关参量的故障诊断方法。 

现将本发明构思及技术解决方案叙述如下： 

多个开关量信号的状态组合直接反映了设备的工作状态和故障信息，加之开关量信号易于测量，准确度高，因此成为设备检测诊断中的重要依据。本发明一种基于模板匹配的多开关参量的故障诊断方法，其特征在于：包括以下步骤： 

步骤1：通过分析设备的工作原理，或者通过实际测量设备正常运行时多个开关量的变化过程，或者将两种方法相结合，获得设备正常运行条件下的开关量状态变化数据，得到正常的开关量状态变化时序图； 

步骤2：利用正常的开关量状态变化时序图进行模板构造，生成标准的状态转换表和时序转换表，即状态模板和时序模板； 

步骤3：实时测量设备实际运行时的开关量变化数据，得到实际的状态变化时序图，生成实际的状态转换表和时序转换表； 

步骤4：将实际的状态转换表与状态模板进行状态比对，并将实际的时序转换表与时序模板进行时长比对，得出状态误差或时序误差，进而判断出设备所发生的故障。 

步骤5：根据步骤4所判断出的故障，进一步进行故障类型的诊断。 

本发明进一步提供一种基于模板匹配的多开关参量的故障诊断方法，其特征在于：所述步骤1中开关量状态变化数据的获取方法具体为： 

步骤1.1：通过分析设备工作原理，得出设备正常运行时开关量的状态及转换时间；或利用设备监测系统测量设备正常运行时开关量的状态及转换时间：或将两种方法相结合。 

步骤1.2：设被测设备有n个开关量，各开关量的状态用k_i表示，k_i定义如下： 

i＝1，2，...n 

步骤1.3：把n个开关量的状态组合成一个集合K，K＝{k₁，k₂，...，k_n}；把K作为一个整体来看，则K的某一取值代表设备处于一个特定的状态；当在某一时刻某个或某些开关量的状态发生变化，称设备状态发生了转换。假定初始时刻为t₀，此时设备开关量状态为 其中上标T表示矩阵或向量的转置；第一次状态转换发生在t₁时刻，此时的设备开关量状态为 依次类推，第q次状态转换发生在t_q时刻，此时的设备开关量状态为 设备正常运行过程中所有的开关量转换时刻构成一个时序集合T，T＝{t₁，t₂，...，t_q}。 

本发明进一步提供一种基于模板匹配的多开关参量的故障诊断方法，其特征在于：所述步骤2中的状态模板和时序模板的构造方法具体为： 

步骤2.1：状态模板的构造方法：将设备正常运行过程中所有开关量状态集合进行排列，得到一个n×(q+1)的矩阵[K⁰，K¹，...，K^q]，其中(q+1)是指包含初始状态和q次状态转换，该矩阵中各元素的数值对应标准的状态转换表，即状态模板；