基于超球支持向量机的船舶高温淡水系统状态评估

摘要

本文以船舶高温淡水系统作为研究对象，评估其性能退化阶段的状态，即未发生明显故障之前的阶段。考虑到船舶高温淡水系统受外界环境因素影响较大的特点，选取各设备的出口参数作为评估参数，利用超球支持向量机建立超球评估模型，对其进行实时状态评估。
　　首先，对比分析当前应用比较广泛的状态评估方法，考虑船舶高温淡水系统子设备较多、系统参数较多、样本数据以非线性居多等特点，选取适合处理小样本、非线性、多维模式识别问题的超球支持向量机作为评估方法。
　　其次，针对超球支持向量中训练样本以及核函数的确定问题进行深入研究分析。对于训练样本的获取，本文利用船舶高温淡水系统中各子设备的进口参数和性能方程来获取。其中，各设备性能方程通过实验的方式获得:板式换热器的换热特征方程、阻力特征方程由等流速法获取;离心泵的Q-H性能方程利用最小二乘法获取。之后利用实测数据对各设备性能方程进行误差分析，得到训练样本的理想范围。对于核函数，本文选取具有解析性好、便于理论分析等优点的高斯核作为核函数，分别在核参数σ为0.5、2、3、5、7、10时对同一数据样本建模，分析支持向量数量、分类效果、球面形状等方面，综合考虑超球模型敏感性、稳定性的要求，确定核参数σ取为5时，适合用于系统级状态评估。
　　最后，利用上述结果建立起完整的船舶高温淡水系统状态评估模型，对三个不同的工况A、B、C进行状态评估。其中工况A和工况B无故障，只是运行参数不同;工况C存在离心泵出口泄漏故障，是利用离心泵放气旋塞模拟实现的。最终评估结果:健康值FA≈健康值FB＞健康值FC，符合预期结果，证明了该方法的有效性，具有一定实际应用价值。文章最后对超球支持向量机在实船的应用以及方法改进上提出一些想法和展望。

目录

声明

摘要

符号注释表

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 状态评估研究现状

1．2．1 常见的系统状态评估方法

1．2．2 超球支持向量机研究现状

1．3 论文研究内容和结构

1．4 本章小结

第二章 船舶高温淡水系统及超球支持向量机研究

2．1 船舶高温淡水系统介绍

2．2 超球支持向量机研究

2．2．1 超球支持向量机原理

2．2．2 超球支持向量机优势

2．3 超球支持向量机在船舶高温淡水系统的应用

2．3．1 训练样本

2．3．2 核函数

2．3．3 基于超球支持向量机的船舶高温淡水系统评估流程

2．4 本章小结

第三章 船舶高温淡水系统子设备性能方程研究

3．1 板式换热器特征方程的确定

3．1．1 板式换热器特征方程求取原理

3．1．2 板式换热器实验设备及方案

3．1．3 实验结果及误差分析

3．2 离心泵Q-H性能方程的确定

3．2．1 离心泵Q-H性能方程求取原理

3．2．2 离心泵实验设备及方案

3．2．3 实验结果及误差分析

3．3 本章小结

第四章 基于超球支持向量机的船舶高温淡水系统状态评估

4．1 船舶高温淡水系统状态评估具体实施步骤

4．1．1 船舶高温淡水系统训练样本范围的确定

4．1．2 核函数确定

4．1．3 船舶高温淡水系统超球评估模型的建立

4．2 船舶高温淡水系统综合状态评估实例评估及分析

4．2．1 不同工况状态评估

4．2．2 评估结果分析

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

附录

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介