傳感器是橋梁結構健康監(jiān)測系統最前端的設備,傳感器發(fā)生故障時,其返回的錯誤數據可能會使結構安全狀態(tài)評估出現漏報或誤報,影響最終的評估結果。因此,在進行安全狀態(tài)評估前有必要檢測和隔離潛在的傳感器故障。論文基于多元統計分析的過程控制理論,建立了基于主元分析（PCA）的傳感器故障診斷方法。提出累積貢獻率法和權重統計量法對傳統主元分析法的診斷效果進行改進。為了將主元分析應用于非線性、非高斯隨機系統,建立了核主元分析（KPCA）方法。將改進的診斷方法應用于實際橋梁健康監(jiān)測系統,提出分時段檢驗法,實現加速度傳感器的故障診斷,為確保系統自身的正常運營提供一個有效手段。論文的主要研究內容和結果如下:（1）基于主元分析的原理,建立傳感器故障診斷方法。針對傳統貢獻圖法在故障定位時容易產生誤判的不足,提出了累積殘差貢獻率法。通過三跨連續(xù)梁數值模擬算例分析,結果表明:主元分析法能夠識別出傳感器的4類典型故障,累積殘差貢獻率不但能更好地定位單傳感器故障,兩個傳感器同時發(fā)生故障時也能準確定位。（2）針對PCA對傳感器小故障識別不明顯的弱點,提出加權統計量的方法。通過故障敏感因子量化PCA每個主元方向識別故障的敏感程... 

【文章來源】：重慶大學重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：99 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
主要符號
1 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 故障診斷的主要內容
    1.3 故障診斷技術的發(fā)展狀況
    1.4 基于多元統計分析的故障診斷方法
    1.5 本文主要研究內容
2 傳感器的故障類型與主元分析方法
    2.1 引言
    2.2 傳感器故障分類及其特性描述
        2.2.1 傳感器故障的數學模型
        2.2.2 傳感器數據的向量及矩陣表示
    2.3 主元分析方法
        2.3.1 主元分析法概述
        2.3.2 PCA的原理
        2.3.3 PCA的幾何意義
        2.3.4 PCA的高維解釋
        2.3.5 PCA建模過程
        2.3.6 主元數目的確定
    2.4 故障檢測方法
    2.5 累積殘差貢獻率故障定位法
        2.5.1 殘差貢獻圖
        2.5.2 累積殘差貢獻率
    2.6 算例分析
        2.6.1 模型及實驗方法
        2.6.2 單個傳感器故障識別
        2.6.3 兩個傳感器同時發(fā)生故障
        2.6.4 累積次數對故障定位的影響
    2.7 本章小結
3 WPCA在故障診斷中的應用
    3.1 引言
    3.2 主元方向敏感程度分析
    3.3 故障敏感因子
        3.3.1 T2統計量敏感因子
        3.3.2 Q統計量敏感因子
    3.4 基于WPCA的傳感器故障診斷方法
        3.4.1 貝葉斯推論
        3.4.2 故障隔離方案
    3.5 故障診斷程序
    3.6 算例分析
    3.7 本章小結
4 基于KPCA的傳感器故障診斷
    4.1 引言
    4.2 核函數理論及常用核函數
    4.3 核主元分析的基本原理
    4.4 基于KPCA的故障診斷
        4.4.1 KPCA模型的建立
        4.4.2 故障檢測策略
    4.5 基于貢獻圖法的KPCA故障定位
    4.6 算例分析
    4.7 本章小結
5 故障診斷方法在實橋上的應用
    5.1 引言
    5.2 橋梁的基本信息
    5.3 加速度傳感器故障診斷
        5.3.1 分時段檢驗
        5.3.2 不同工況對診斷結果的影響
        5.3.3 傳感器故障診斷
    5.4 本章小節(jié)
6 結論和展望
    6.1 主要工作和結論
    6.2 論文創(chuàng)新點
    6.3 后續(xù)研究工作展望
致謝
參考文獻
附錄
    A.作者攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文
    B.作者攻讀碩士學位期間參與的科研項目


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于KPCA的監(jiān)控系統傳感器異常診斷方法[J]. 彭紅星,潘梨莉,趙鴻圖.  傳感器與微系統. 2016(12)
[2]基于殘差分析的撓度傳感器故障時間定位算法[J]. 胡順仁,趙寧博,張建科.  儀器儀表學報. 2016(09)
[3]基于主元分析的橋梁撓度傳感器故障診斷研究[J]. 胡順仁,李瑞平,包明,張建科.  傳感器與微系統. 2014(06)
[4]基于自適應粒子濾波的渦扇發(fā)動機故障診斷[J]. 黃金泉,馮敏,魯峰.  航空動力學報. 2014(06)
[5]中國橋梁工程學術研究綜述·2014[J]. 馬建,孫守增,楊琦,趙文義,王磊,馬勇,劉輝,張偉偉,陳紅燕,陳磊,康軍.  中國公路學報. 2014(05)
[6]基于PCA-SDG的水輪機調節(jié)系統故障診斷[J]. 劉明華,南海鵬,余向陽.  排灌機械工程學報. 2013(12)
[7]一種基于小波變換與神經網絡的傳感器故障診斷方法[J]. 趙勁松,李元,邱彤.  清華大學學報(自然科學版). 2013(02)
[8]基于功率譜分析的機械故障免拆檢測裝置設計[J]. 李紹令,張磊,張漫,常華.  儀表技術與傳感器. 2012(07)
[9]基于PCA和SDG的傳感器故障診斷方法研究及應用[J]. 高東,吳重光,張貝克,馬昕.  系統仿真學報. 2011(03)
[10]傳感器的故障診斷技術研究[J]. 何富君,劉小磊,盧曉昭,塔月月.  科學技術與工程. 2010(26)

博士論文
[1]基于健康監(jiān)測系統的橋梁結構承載能力評估關鍵問題研究[D]. 廖威.華南理工大學 2016
[2]基于健康監(jiān)測的鋼橋面板疲勞壽命評估[D]. 李星新.中南大學 2012
[3]基于車致振動響應的鐵路橋梁損傷識別方法研究[D]. 付春雨.西南交通大學 2011
[4]基于現場總線的大跨空間結構健康監(jiān)測系統研究[D]. 盧偉.哈爾濱工業(yè)大學 2010
[5]基于城市橋梁集群監(jiān)測平臺的系桿拱橋健康監(jiān)測研究[D]. 李毅.浙江大學 2010
[6]基于模型的故障診斷方法研究及在航天中的應用[D]. 邵繼業(yè).哈爾濱工業(yè)大學 2009

碩士論文
[1]橋梁結構健康監(jiān)測系統傳感器自診斷方法研究[D]. 羅浩恩.重慶大學 2016
[2]基于協整和多變量控制圖的大型橋梁結構安全狀態(tài)評估方法研究[D]. 秦平.重慶大學 2015
[3]基于多元統計分析的過程系統故障診斷方法研究[D]. 劉美玲.南京理工大學 2013
[4]傳感器失效船舶定位控制重構容錯方法研究[D]. 陳善瑤.哈爾濱工程大學 2012
[5]大跨徑連續(xù)剛構橋健康監(jiān)測研究[D]. 張治軍.長安大學 2012
[6]基于PCA的混合化工過程故障診斷系統研究[D]. 任偉.青島科技大學 2011
[7]主元分析及在故障傳感器數據重構的應用[D]. 何孝清.東北大學 2010
[8]基于數據分析的傳感器故障診斷方法研究[D]. 馬彩君.中國石油大學 2007



本文編號：3178107