模糊理論在雷抗偵察接收機(jī)故障診斷中的應(yīng)用

胡 林，莫翠瓊，孫正鑫，尹 亮

（1.電子工程學(xué)院，合肥230037；2.安徽電子制約技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥230037）

0 引 言

在現(xiàn)代裝備系統(tǒng)故障診斷中，由于故障原因繁多且相互交織和影響，導(dǎo)致裝備故障具有一定的模糊性，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）故障征兆與故障原因之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系存在模糊性。一種故障征兆可由多種故障原因引起，一種故障原因也可能引起多種故障征兆。（2）故障征兆的存在具有模糊性。有的故障征兆明顯，有的故障征兆不明顯，有些故障征兆是獨(dú)立的，有些故障征兆之間又是相關(guān)的。（3）故障存在程度具有模糊性，不能把故障絕對(duì)識(shí)別為“存在”和“不存在”，裝備從完好狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣收蠣顟B(tài)往往是個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程。對(duì)于裝備故障的模糊現(xiàn)象，用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)工具進(jìn)行定量診斷往往存在一定的困難，而模糊理論則顯示了其良好的優(yōu)越性。通過(guò)模糊邏輯來(lái)描述故障原因和故障征兆之間的模糊關(guān)系，通過(guò)隸屬函數(shù)和模糊關(guān)系方程解決故障原因和故障征兆的識(shí)別問(wèn)題是一種行之有效的方法[1]。

本文借助模糊理論，把雷抗偵察接收機(jī)故障現(xiàn)象與原因之間的關(guān)系用模糊方程式進(jìn)行描述，再通過(guò)多現(xiàn)象、多因素的綜合推理計(jì)算，給出了定量的故障診斷結(jié)果。

1 模糊診斷原理

設(shè)一個(gè)系統(tǒng)中所有可能發(fā)生的各種故障原因的集合為：

式中：n為故障原因種類的總數(shù)。

由n個(gè)故障原因所引起的各種征兆集合為：

式中：m 為故障征兆種類的總數(shù)[2-3]。

設(shè)一征兆樣本為 （x1，x2，…，xm），同時(shí)得出此樣本中各分量元素xi對(duì)第i種故障征兆的隸屬度μxi，于是故障征兆模糊向量表示為：

同樣，若征兆樣本xi由原因yj產(chǎn)生，則原因樣本yj對(duì)第j個(gè)故障原因的隸屬度μyj就構(gòu)成了故障原因模糊向量B：

由于模糊向量A和B具有模糊關(guān)系，可通過(guò)模糊數(shù)學(xué)建立相應(yīng)的關(guān)系式，從而進(jìn)行模糊診斷?；镜臄?shù)學(xué)模型為：

式中：“?”為模糊算子；R為模糊診斷關(guān)系矩陣：

rij可根據(jù)設(shè)備故障的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)確定，也可以根據(jù)設(shè)備故障機(jī)理或?qū)＜医?jīng)驗(yàn)來(lái)確定，具體計(jì)算方法如下：

（1）由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定隸屬度κij：

（2）由專家優(yōu)序數(shù)法確定隸屬度υij：設(shè)某故障征兆xi由n種可能的故障原因引起。針對(duì)征兆xi，將這n種原因兩兩對(duì)比，把兩兩對(duì)比原因中最容易引起此故障征兆的那一種記一次優(yōu)先序，這樣1個(gè)

則故障征兆xi對(duì)原因yj的初始隸屬度為：

（3）由故障機(jī)理分析確定隸屬度ηij：通過(guò)列表法列出故障原因和故障征兆之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，統(tǒng)計(jì)故障原因yj的情況下故障征兆xi出現(xiàn)的次數(shù)和故障征兆xi出現(xiàn)的總數(shù)，二者之比即為所求隸屬度ηij。

若能夠得到不同方法確定的隸屬度，可以進(jìn)行加權(quán)相加求得綜合模糊隸屬度，但需要精確確定權(quán)重。若3種方法的隸屬度權(quán)重分別為λ1、λ2、λ3，其中λ1，λ2，λ3≥0，且λ1＋λ2＋λ3＝1，則綜合模糊隸屬度為：

若觀測(cè)到故障征兆樣本 （x1，x2，…，xm），便可得到故障征兆模糊向量A，再按以上方法構(gòu)造出模糊關(guān)系矩陣R，則由式（5）可計(jì)算出故障原因模糊向量B。

圖1 模糊診斷過(guò)程

2 雷抗偵察接收機(jī)故障模糊診斷

2.1 接收機(jī)構(gòu)成及故障機(jī)理分析

圖2為接收機(jī)的組成框圖，其主要功能是對(duì)輸入的射頻信號(hào)進(jìn)行頻率測(cè)量，輸出頻率碼，并能夠進(jìn)行頻段告警和連續(xù)波信號(hào)判別，給出連續(xù)波告警標(biāo)志。該接收機(jī)采用瞬時(shí)測(cè)頻體制，主要由濾波放大器、功率分配器、相關(guān)器、量化器、編碼器、頻率校碼電路、采樣電路、保寬電路和CP脈沖產(chǎn)生電路等部分組成。

考慮到微波器件性能穩(wěn)定，一般是不容易出現(xiàn)故障的，本文在對(duì)接收機(jī)進(jìn)行故障分析時(shí)，假設(shè)微波器件是正常無(wú)故障的。根據(jù)接收機(jī)的工作原理和故障機(jī)理，把其故障征兆和可能出現(xiàn)故障單元之間的關(guān)系通過(guò)列表分析法給出，如表1所示，其中1表示信號(hào)正常，0表示信號(hào)不正常。

圖2 接收機(jī)組成框圖

表1 接收機(jī)故障單元與故障征兆之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

統(tǒng)計(jì)接收機(jī)故障征兆集X和故障原因集Y。表2和表3給出了故障征兆集X和故障原因集Y中各元素的具體含義。

表2 接收機(jī)故障征兆

表3 接收機(jī)故障原因

2.2 接收機(jī)的模糊關(guān)系矩陣建立

對(duì)接收機(jī)進(jìn)行故障機(jī)理分析，確定某一故障征兆xi對(duì)應(yīng)故障原因yj的隸屬度μyj（xi），i＝1，2，…，6；j＝1，2，…，6。由表1可計(jì)算出征兆xi對(duì)應(yīng)故障原因yj的隸屬度，得到模糊關(guān)系矩陣如表4。

表4 模糊關(guān)系矩陣

即：

2.3 接收機(jī)的模糊診斷

假設(shè)接收機(jī)出現(xiàn)了2個(gè)故障征兆x3和x5，且只表現(xiàn)為“出現(xiàn)”或“不出現(xiàn)”，用1表示征兆出現(xiàn)，用0表示無(wú)征兆出現(xiàn)，得到特征模糊向量：

由最大隸屬度原則

3 結(jié)束語(yǔ)

本文將模糊理論運(yùn)用于雷抗偵察接收機(jī)故障診斷，在故障機(jī)理分析的基礎(chǔ)上建立了模糊關(guān)系矩陣，通過(guò)模糊推理給出了定量的診斷結(jié)果。在實(shí)際應(yīng)用中，接收機(jī)故障征兆和故障原因之間的關(guān)系可能會(huì)隨著接收機(jī)使用時(shí)間的增加而變化，因此隸屬度的確定要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，使之更為準(zhǔn)確，以提高模糊診斷的準(zhǔn)確性。

[1]吳吉平，吳運(yùn)新，隆志力.基于模糊數(shù)學(xué)的故障診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].包裝工程，2003，23（2）：49－52.

[2]周志英.模糊技術(shù)在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2005，22（10）：162－164.

[3]張萬(wàn)君，吳曉穎，王新.基于模糊數(shù)學(xué)的炮射導(dǎo)彈制導(dǎo)裝置故障診斷[J].裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，24（6）：52－54.

[4]劉向陽(yáng).模糊理論的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2009，22（5）：20－21.

[5]郭軍武，陳寶忠，王士局.模糊故障診斷在船舶柴油機(jī)換氣系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].上海海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，30（1）：17－19.