【JL079】基于灰色理论的故障预测方法研究
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jl079
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基于灰色理论的故障预测方法研究 导师：韩治国 专业：自动化 班级： 191003 姓名：张粉婷 学号： 103667 论文框架 课题研究背景及意义 1 导弹故障预测研究 4 论文总结 5 灰色系统的概念和基本原理 2 灰色预测机理及建模 3 课题研究背景及意义 预测是根据事物过去发展变动的客观过程和某些规律性，参照当前已经出现和正在出现的各种可能性，运用现代管理的、数学的和统计的方法，对事物未来可能出现的趋势和可能达到的水平所做的一种科学推测。换言之，预测就是运用科学的判断方法或计量方法，对某种事物未来可能演变的情况，事先做出推测的一种技术，是对某种事物的发展、演变规律的认识和分析过程。故障预测对于提高系统的可靠性具有十分重要的意义，人不仅希望能够再出现故障是提供故障检测与隔离，而却还要求能在系统发生故障前就能够进行故障预报。尤其是现代战争对武器系统稳定性的要求越来越高，对其系统的技术保障也提出了更高的要求，因此能够有效及时准确地判断故障尤为重要。 灰色系统的概念 人们通过概率与数理统计，解决样本量大、数据多但缺乏明显规律的问题，即“大样本不确定性”问题；人们用模糊数学处理人的经验与认知先验信息的不确定性问题：即“认知不确定性”问题，而灰色系统理论则是针对既无经验，数据又少又不确定性问题，即“少数据不确定性”问题。 灰色系统的基本原理 1默承认原理 默承认原理 (称 认原理。其内容为“若没有理由认为 默认 2默否认原理 默否认原理 (称 认原理。其内容为：若没有理由认为 默认 差异信息原理：凡信息必有差异，差异即信息。 4灰性不灭原理 灰性不灭原理：人类认知为灰 5信息认知原理 信息认知原理：认知以信息为根据，凡认知必有根据。 6解的非唯一性原理 解的非唯一性原理：若没有理由否认 默认 解途径不同，则默认解非唯一。 7白化原理 白化原理：若没有理由否认 为真元，则在准则 认 为真元的代表。 8新信息优先原理 新信息优先原理：新信息对认知的作用大于老信息。 9最少信息原理 最少信息原理：在没有其他更多信息可以利用的情况下，则尽量充分利用现有信息。 灰色预测的步骤 第一步：级比检验、建模可行性判别分析。 第二步：数据变换处理。 第三步：对原始序列做一次累加生成。 第四步：计算的均值序列，构造数据矩阵及数据向量。 第五步：计算。 第六步：建立模型。 第七步：求生成数列值及模型还原值。 第八步：模型检验，检验模型精度是否达到事先给定的要求。 第九步：预测，利用通过检验的 ,1)模型进行预测与预报。 上述是 ,1)预测的基本过程，它是一个闭环过程，一般来要经过反复调整，才能得到满意的预测效果。 灰色预测的建模 要建立满意有效的 GM(l， 1)模型，级比应落于靠近 1的一个子区间，即这就是级比界区。级比界区的确定是从原序列 的界区出发，最后找出 的界区。 的界区 (3 的界区 (3 界区表明： 越小，数据越少，界区越大，则建模条件越宽容； 越大，数据越多，界区越小，则建模条件越苛刻。这就反映灰理论“少数据不确定性”的特点。只有 时， ,1)模型才有意义，但预测效果随着 的变化而变化。对于灰色理论建模，级比首先需要满足公式（ 3 故障预测原理 系统的工作状态及其变化趋势必然反映在系统工作性能的技术参数的历史测试数据中体现，按时间顺序排列反映系统工作性能的技术参数的历史测试数据，形成时间序列测试数据。基于时间序列测试数据建立性能参数时间序列预报模型，根据预测预报的结果及性能参数的容许变化范围，可以对设备或系统是否有故障或是否存在故障的趋势、故障的时间和程度做出预测 和决策若某一故障发生，则其特性参数将会发生较大的变化。因受各种因素的影响。特征参数有一定的动态范围。在系统测试过程中，若没有出现故障现象，但其观测参数偏离了相应的动态范围既可以做出故障预报。 故障预测原理流程 灰 色 预 测 模 型 预 测 值 残 差故障预报实 际 测 量 值+故 障无 故 障灰色模型群优组合预测法 导弹系统状态的变化是多种多样的，其每个状态的数据变化规律也是多种多样的，然而每一种预测模型都有其适用条件，不存在适用于所有变化规律的预测模型，因此正确选择适宜的预测模型是准确预测的关键。 模型群优选组合预测有两类概念，一是指将几种预测方法所得的预测结果，选取适当的权重进行加权平均的一种预测方法；二是指在几种预测方法中进行比较，选择拟合优度最佳或标准离差最小的预测模型作为最优模型进行预测 。 导弹故障预测示例 以下导弹示例中分别建立导弹故障的,1)、优化 ,1)模型、灰色 用模型群优选组合预测法对导弹系统测试数据进行预测选取较好的结果作为最后结果 . 某导弹系统测试图中显示了四种模型的预测结果， ,1)模型预测值比其他模型预测值更逼近原始值，表明该模型预测精度高，虽然在 预测值没有明显转折点，但并不影响整体预测。 变化急剧的导弹故障。图中显示了四种模型的预测结果，优化模型预测值比其他模型预测值更逼近原始值，表明该模型预测精度较高。 某导弹系统测试，图中显示了四种模型的预测结果，明该模型预测精度较高 。 某导弹系统测试，显示了四种模型的预测结果，优化模型预测值比其他模型预测值更逼近原始值，表明该模型预测精度较高。 从以上四组实验数据对比分析表明，本文提出的灰色模型群优选组合预测法能根据数据序列的不同特性选择精度较高的预测模型，拓广了灰色系统的应用范围，能准确地预测导弹故障，为训练和维护保养提供了重要信息，可供及时决策。 论文总结 在做毕业设计的这四个月中，我有过对某些知识点始终搞不懂的茫然无措，也尝到过做出“成果”的手舞足蹈。在这短短的几个月中，我对灰色理论有了更进一步的理解，也加深了对灰色预测模型了解。在毕设过程中，还有很多没想到的麻烦，比如我的毕设论文需要用到 序，在我着手编写程序时我才发现自己有那么多问题，总是得不到正
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