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基于DSP的多参数自确认传感器故障诊断算法研究

作　者: 雷华军
导　师: 王祁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 多参数自确认传感器故障诊断偏最小二乘回归支持向量机 DSP
分类号: TP212.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

传感器作为信息获取的源头,在自动化测试及控制系统中发挥着重大的作用。在很多应用场合,传统传感器由于测量参数的单一性已经不能满足实际需要。人们希望一个传感器能完成传统多个传感器的测量任务,尤其是在一些较危险的坏境下,在这样的需求下,多参数传感器应运而生。但是随着传感器测量的物理量个数增加,传感器结构越复杂,发生故障的概率也越大,因此更需要对传感器的输出值进行自确认。也就是要求传感器不仅能输出测量值,同时能够对自身的工作性能、状态进行在线评估,能够实现故障的自诊断和自恢复。本文研究的多参数自确认传感器就是在这两个概念的基础上提出的,所谓的多参数并不等于多个参数的简单组合,而是要求参数之间存在着某种关系,并根据此关系来实现传感器的故障诊断和数据重构。本论文主要做了三方面的工作,多参数自确认传感器的故障诊断,故障传感器数据重构,实验及算法的DSP实现。本项研究是在气体识别实验系统上进行的,实验系统由温湿度传感器和甲烷传感器、DSP评估板、PC机组成。以甲烷传感器发生开路和短路故障为例,首先利用偏最小二乘(PLS)提取故障特征,然后用支持向量机(SVM)对故障分类,给出甲烷传感器的故障类型。甲烷传感器发生故障后,输出值严重偏离实际值,需要对其输出数据重构,给出实际值的估计。这部分选用了偏最小二乘和支持向量机两种方法对其重构,通过比较,最终选用支持向量机对故障传感器数据重构。最后一部分介绍了数据采集系统、算法的DSP实现以及上位机通信协议。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题背景及研究意义  9-10
  1.2 多参数自确认传感器研究现状  10-17
    1.2.1 多参数自确认传感器的概念  11-13
    1.2.2 传感器的故障诊断方法  13-14
    1.2.3 自确认传感器研究现状  14-15
    1.2.4 多参数传感器研究现状  15-16
    1.2.5 多参数自确认传感器目前存在的问题  16-17
  1.3 论文主要内容  17-18
第2章偏最小二乘故障特征提取和分类  18-28
  2.1 特征提取  18-19
  2.2 偏最小二乘的理论与方法  19-22
    2.2.1 偏最小二乘的基本思想  19-21
    2.2.2 单因变量PLS算法推导  21-22
  2.3 多参数自确认传感器故障诊断  22-27
    2.3.1 偏最小二乘故障特征提取  22-25
    2.3.2 支持向量机故障分类  25-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章基于支持向量机传感器故障数据重构  28-40
  3.1 多参数自确认传感器故障数据重构  28
  3.2 支持向量机理论  28-32
    3.2.1 支持向量分类机  29-32
    3.2.2 核函数  32
    3.2.3 支持向量回归机  32
  3.3 支持向量机故障传感器数据重构  32-39
    3.3.1 偏最小二乘与支持向量机回归比较  32-35
    3.3.2 支持向量回归机参数选择  35-38
    3.3.3 故障传感器数据重构  38-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章试验与算法的DSP实现  40-49
  4.1 试验数据采集  40-42
  4.2 故障数据仿真  42-43
  4.3 TMS320F28335 数字信号处理器简介  43-44
  4.4 算法的C语言实现  44-46
  4.5 上位机及其与下位机通信协议  46-48
  4.6 本章小结  48-49
结论  49-51
参考文献  51-56
致谢  56

基于DSP的多参数自确认传感器故障诊断算法研究

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