[發(fā)明專利]一種基于貝葉斯網(wǎng)的氣相色譜儀故障診斷方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011214833.X
• 申請(qǐng)日: 2020-11-04
• 公開（公告）號(hào): CN114441698B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張鵬彬;王景楊;鄒濤;楊志家
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): G06F17/00
• 分類號(hào): G06F17/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

1.一種基于貝葉斯網(wǎng)的氣相色譜儀故障診斷方法，其特征在于，包括以下步驟：

采集氣相色譜儀維修記錄，并將工作時(shí)間為同一年的氣相色譜儀維修記錄分為一組；

根據(jù)每一組維修記錄中的氣相色譜儀故障及其癥狀，確定每一組貝葉斯網(wǎng)結(jié)構(gòu)；

確定整體貝葉斯網(wǎng)結(jié)構(gòu)；

將癥狀按發(fā)生可能及輕重程度分級(jí)；

統(tǒng)計(jì)每一組故障癥狀頻數(shù)，確定每一組貝葉斯網(wǎng)參數(shù)；

確定整體貝葉斯網(wǎng)參數(shù)；

當(dāng)氣相色譜儀發(fā)生故障時(shí)，計(jì)算各故障的后驗(yàn)概率，根據(jù)最大后驗(yàn)概率準(zhǔn)則定位故障；

所述采集氣相色譜儀維修記錄，并將工作時(shí)間為同一年份的氣相色譜儀維修記錄分為一組具體為：

設(shè)某型號(hào)氣相色譜儀的最長(zhǎng)工作壽命為T^′年，氣相色譜儀工作時(shí)間自投入使用算起；將同一年份的氣相色譜儀維修記錄分為一組，共分T組，其中T＝T^′；

所述根據(jù)每一組維修記錄中的氣相色譜儀故障及其癥狀，確定每一組貝葉斯網(wǎng)結(jié)構(gòu)包括以下步驟：

設(shè)要分析的組號(hào)為t，分組t為發(fā)生在氣相色譜儀工作時(shí)間為第t^′年的所有維修記錄，其中t^′＝t；

統(tǒng)計(jì)該組所有故障，確定該組故障集合F^t，

其中，t為組號(hào)，F(xiàn)_i,i＝1,2,…,N_t表示該組第i個(gè)故障，N_t為該組故障數(shù)；統(tǒng)計(jì)該組所有癥狀，確定該組癥狀集合S^t，

其中，S_i,i＝1,2,…,M_t表示該組第i個(gè)癥狀，M_t為該組癥狀數(shù)；

根據(jù)維修記錄中故障集合與癥狀集合，確定該組故障與癥狀的關(guān)系，設(shè)F^t{S_j}為有癥狀S_j的故障集合，S^t{F_i}為故障F_i的癥狀集合；

確定該組貝葉斯網(wǎng)的結(jié)構(gòu)：將貝葉斯網(wǎng)中的有向邊從故障節(jié)點(diǎn)F_i指向該故障的癥狀節(jié)點(diǎn)S^t{F_i}；

所述確定整體貝葉斯網(wǎng)結(jié)構(gòu)具體為：

設(shè)置時(shí)間節(jié)點(diǎn)，將時(shí)間節(jié)點(diǎn)指向每一組故障節(jié)點(diǎn)及癥狀節(jié)點(diǎn)；

所述將癥狀按發(fā)生可能及輕重程度分級(jí)具體為：

對(duì)于故障F_i，將S^t{F_i}中的癥狀按發(fā)生可能及輕重程度分為0、1、2、3共4級(jí)，分別表示不會(huì)發(fā)生及發(fā)生程度為輕度、中度、重度；

所述統(tǒng)計(jì)每一組故障癥狀頻數(shù)，確定每一組貝葉斯網(wǎng)參數(shù)包括以下步驟：

設(shè)要分析的組號(hào)t，對(duì)于故障節(jié)點(diǎn)其取值為{0，1}，分別表示不發(fā)生和發(fā)生，對(duì)于癥狀節(jié)點(diǎn)，其取值為{0，1，2，3}，分別表示故障發(fā)生時(shí)該癥狀不發(fā)生、發(fā)生且程度為輕度、發(fā)生且程度為中度、發(fā)生且程度為重度；

統(tǒng)計(jì)該組故障F_i發(fā)生的頻數(shù)，記為f_t{F_i}，設(shè)故障F_i有癥狀S_j，統(tǒng)計(jì)故障F_i發(fā)生時(shí)癥狀S_j存在的頻數(shù)，記為f_t{F_i，S_j＝1，2，3}，故障F_i發(fā)生時(shí)癥狀S_j發(fā)生可能的概率如下：

其中，F(xiàn)_i＝1表示故障F_i發(fā)生；

故障F_i發(fā)生時(shí)癥狀S_j不發(fā)生可能的概率如下：

P_t(S_j＝0|F_i＝1)＝1-P_t(S_j＝1，2，3|F_i＝1)

統(tǒng)計(jì)故障F_i發(fā)生時(shí)癥狀S_j存在且S_j分別為1，2，3的頻數(shù)，分別記為f_t{F_i，S_j＝1，ftFi，Sj＝2，ftFi，Sj＝3，故障Fi發(fā)生時(shí)癥狀Sj輕重程度分別為輕度、中度、重度的概率如下：

其中k＝1，2，3；

對(duì)于故障節(jié)點(diǎn)F_i，沒有父節(jié)點(diǎn)，其分布為

P_t(F_i＝0)＝1-P_t(F_i＝1)

對(duì)于癥狀節(jié)點(diǎn)S_j，有|F^t{S_j}|故障父節(jié)點(diǎn)，其中|·|為集合元素個(gè)數(shù)，其條件分布為

其中k＝1，2，3，表示將故障表示為向量形式，是的取值，參數(shù)v_i＝0，1，i＝1，2，...，|F^t{S_j}|，即是由0或1組成，||·||₂是向量的2范數(shù)；

所述確定整體貝葉斯網(wǎng)參數(shù)具體為：

時(shí)間節(jié)點(diǎn)的取值為{1，2，...，T}，對(duì)應(yīng)著分組1～T，當(dāng)時(shí)間節(jié)點(diǎn)取值為t時(shí)，第t個(gè)貝葉斯網(wǎng)正常工作，其它貝葉斯網(wǎng)不工作，其原理為：

P_t(·|T_node＝t)＝P_t(·)

P_t(·|T_node≠t)＝0

其中，P_t(·)是故障節(jié)點(diǎn)或癥狀節(jié)點(diǎn)的條件概率；

所述當(dāng)氣相色譜儀發(fā)生故障時(shí)，計(jì)算各故障的后驗(yàn)概率，根據(jù)最大后驗(yàn)概率準(zhǔn)則定位故障包括以下步驟：

設(shè)氣相色譜儀工作時(shí)間t_a，令T_node＝t_a，其中T_node為時(shí)間節(jié)點(diǎn)；

獲取癥狀信息，記為S；

將T_node＝t_a，和S輸入貝葉斯網(wǎng)，計(jì)算各個(gè)故障的后驗(yàn)概率，設(shè)各個(gè)故障的后驗(yàn)概率為P_t(F_i|S，T_node＝t_a)，i＝1，2，...，N_t；

根據(jù)最大后驗(yàn)概率準(zhǔn)則，發(fā)生的故障是后驗(yàn)概率最大的故障，當(dāng)多個(gè)后驗(yàn)概率比最大后驗(yàn)概率相差不足5％時(shí)，發(fā)生的故障不止一個(gè)，而同時(shí)發(fā)生這些故障。