振 动 与 冲 击
第 32卷第 18期 JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK Vol.32No.182013
收稿日期:2012-07-13 修改稿收到日期:2012-10-24
第一作者 刘希亮 男,博士生,助教,1983年 8月生
基于改进证据理论的故障诊断方法研究及应用
刘希亮,陈桂明,李方溪,张 倩,罗显廷
(第二炮兵工程大学,西安 710025)
摘 要:
针对传感器证据信息全局修正针对性不强及冲突证据无法判别等问题,提出基于改进证据理论的故障诊
断方法。利用冲突证据判据判断可信证据与冲突证据,保留可信证据,通过可信度对冲突证据进行针对性修正。该判断
及局部修正可降低传感器证据信息的不确定性,并减弱冲突信息对合成结果影响。结合神经网络建立特征空间到证据空
间的映射,有效利用网络输出结果,通过信息熵构建原始证据。将所有证据用改进 D-S公式合成。通过齿轮泵早期故
障试验,与神经网络及其它证据合成方法对比表明,该方法诊断精度较高,从而验证了融合方法的有效性。
关键词:证据理论;冲突证据;信息融合;故障诊断
中图分类号:TP391 文献标识码:A
Afaultdiagnosismethodbasedonimprovedevidencetheoryanditsapplication
LIUXiliang,CHENGuiming,LIFangxi,ZHANGQian,LUOXianting
(SecondArtilleryEngineeringUniversity,Xian710025,China)
Abstract: Aimingatproblemsthatfullmodificationofsensorsevidenceinformationhasinfirmpertinenceandfails
todistinguishconflictevidences,afaultdiagnosisapproachbasedonimprovedevidencetheorywasproposed.Similar
evidencesandconflictevidenceswererecognizedbymeansofaconflictevidencecriterion.Similarevidenceswere
reserved,whileconflictevidencesweremodifiedinvirtueofasimilitude.Withthismethod,theuncertaintyofevidence
informationofsensorswasreducedandtheeffectofconflictevidencesoncombinationresultswasweakened.Then,
combinedwithaneuralnetworkthemappingfromacharacteristicspacetoanevidencespacewasbuilt,andthenetwork
outputresultswereusedtoconstructtheoriginalevidencewithinformationentropy.Finally,alltheevidenceswere
combinedwiththeimprovedDSformula.A gearpumpsearlyfaulttestprovedthatthisnewapproachhasahigher
diagnosisprecisioncomparedwiththeneuralnetworkmethodandothercombinationmethods.
Keywords:evidencetheory;conflictevidence;informationfusion;faultdiagnosis
D-S证据理论
[1-2]
作为重要的不确定信息处理
方法,数学基础坚实,能在无需先验知识情况下,以简
单推理形式获得确定的融合结果,从而在故障诊断领
域应用广泛
[3-7]
。由于多传感器系统中不同传感器信
息具有不确定性,导致系统状态判定与识别困难。而
证据理论能融合不同传感器信息,通过组合规则充分
挖掘其中确定性成分获得合理结论。
为解决传感器信息不确定性、冲突性对融合结果
影响,本文对证据理论进行改进,提出冲突证据判据对
证据判别与修正,结合神经网络生成原始证据,实现多
传感器信息融合的故障诊断,在齿轮泵早期故障诊断
中取得较高的诊断精度。
1 问题提出
在经典证据理论中,辨识 框架
Θ
={A
1
,A
2
,…,
A
n
},n为命题个数。通过传感器对命题进行测量,获得
N条证据,各证据基本概率赋值(BasicProbabilityAs
signment,BPA)为 m
i
(A
j
),表示证据 m
i
对命题 A
j
的信
任程度。所有证据冲突程度可用冲突概率 k表示为:
k=
∑
∩
A
j
=
Φ
∏
l
≤
j
≤
n
m
i
(A
j
) (1)
式中:k较大时,说明证据之间存在明显冲突,对合成结
果影响较大,甚至会有悖得于通常结论
[3]
。
对大量传感器采集的证据信息,传统证据理论未
考虑不同来源证据对辨识框架中各命题支持的可靠
性、权威性不同,只简单用
k衡量其冲突程度,对哪些
为冲突证据、如何修正并未给出明确方法。
不同传感器提供的信息既有合理证据,亦有冲突
证据,其对诊断结果影响不同。因此,需据各证据的冲