结构健康监测系统中传感器故障诊断与信号重构

摘要

结构健康监测是目前国内外土木工程领域的研究热点和难题，尚没有成熟的理论与应用技术。进行结构健康监测方面的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。 随着自动控制系统和故障诊断系统的广泛应用，取自各种传感器的数据的准确性变得更加重要，所以传感器本身的故障诊断问题变得更具有研究价值。本文以深圳市梧桐山电视塔桅杆结构风振控制项目为背景进行了相关研究。 (1)本文分析了进行传感器故障诊断的必要性，介绍了传感器故障诊断技术的发展历程及近年来取得的研究成果。考虑到经济方面的问题，实际监测过程中传感器不可能布置得太多，已知的信息量不足以确定结构的动力响应，本文利用有限测点的脉动风速功率谱推导出其他未知点的脉动风功率谱，进而拟合出结构动力响应分析较完备的荷载信息，通过仿真分析论证了该方法的可行性。(2)以电视塔健康监测系统传感器为研究对象、以Matlab为仿真工具，分别采用基于模型的故障诊断方法和基于神经网络的故障诊断方法进行了传感器故障诊断的仿真研究，仿真结果表明，应用上述两种方法分别设计的传感器故障诊断系统能够诊断出多种常见的传感器故障，并且能够对故障传感器进行信号重构，为传感器的状态诊断提供了依据。 (3)分析了基于模型和基于神经网络的故障诊断方法的优缺点以及各自的适用性，对传感器故障诊断有待解决的问题和发展方向作了一定的讨论。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题背景及研究的目的与意义

1.1.1课题背景

1.1.2研究目的与意义

1.2故障诊断技术的国内外发展与研究现状

1.3故障诊断的概念和任务

1.4故障诊断技术中存在的问题及发展趋势

1.5本文主要研究内容

第2章传感器故障仿真及诊断方法分类

2.1引言

2.2传感器故障类型及仿真试验方法

2.2.1传感器故障分类

2.2.2传感器故障仿真方法

2.3传感器故障诊断冗余分类法

2.4依赖于模型的故障诊断方法

2.4.1基于状态估计的故障诊断方法

2.4.2基于参数估计的故障诊断方法

2.5不依赖于模型的故障诊断方法

2.5.1基于信号处理的故障诊断方法

2.5.2基于知识的故障诊断

2.6基于神经网络的智能故障诊断技术

2.7本章小结

第3章电视塔结构完备荷载信息的获取

3.1引言

3.2实测风速的选取

3.3未知风荷载的求解

3.3.1混合自回归滑动平均法

3.3.2二次生成脉动风速

3.3.3脉动风速谱验证

3.3.4竖向相关性验证

3.4本章小结

第4章基于模型的传感器故障诊断方法研究

4.1引言

4.2基于观测器的故障诊断原理

4.3传感器故障诊断系统设计

4.3.1建立状态方程

4.3.2传感器故障诊断

4.4单个传感器故障仿真分析与信号重构

4.4.1故障仿真分析

4.4.2故障传感器信号重构

4.5两个传感器同时发生故障的仿真研究

4.6基于模型的故障诊断方法的相关问题

4.7本章小结

第5章基于神经网络的传感器故障诊断方法研究

5.1引言

5.2神经网络基础知识

5.2.1神经网络的拓扑结构

5.2.2神经网络的学习规则

5.3反向传播BP网络

5.3.1反向传播网络模型和结构

5.3.2 BP网络的学习过程

5.3.3 BP网络应用的相关问题

5.4人工神经网络在传感器故障诊断中的应用

5.5基于冗余技术的故障诊断和信号恢复方法

5.6传感器故障诊断系统仿真分析

5.6.1神经网络模型的建立

5.6.2仿真分析

5.6.3信号重构

5.6.4两种方法的仿真结果比较

5.6.5基于神经网络故障诊断方法的相关问题

5.7本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢