航天事業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)航天測(cè)控技術(shù)提出了更高的要求,近些年來(lái)航天測(cè)控任務(wù)日益復(fù)雜化,測(cè)控設(shè)備的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性是航天任務(wù)圓滿(mǎn)完成的重要保障。測(cè)控系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)設(shè)備老化、元件損壞、參數(shù)漂移等故障現(xiàn)象,如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中的故障狀態(tài),將會(huì)對(duì)測(cè)控任務(wù)的執(zhí)行造成重大影響,嚴(yán)重的還會(huì)對(duì)航天任務(wù)造成重大損失,因此針對(duì)航天測(cè)控設(shè)備進(jìn)行健康管理勢(shì)在必行。本文主要研究設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障類(lèi)型診斷相關(guān)方法,建立測(cè)控設(shè)備健康管理系統(tǒng),從而發(fā)現(xiàn)并識(shí)別故障。由于測(cè)控設(shè)備種類(lèi)多且系統(tǒng)組成復(fù)雜,過(guò)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出非線性、高維度的特點(diǎn),同時(shí)故障發(fā)生頻率不同造成歷史故障數(shù)據(jù)具有顯著的不平衡性,因此選用基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷方法,分別為核主成分分析法KPCA和梯度提升決策樹(shù)GBDT分類(lèi)算法。本文在前人的研究基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際應(yīng)用做了以下工作:(1)對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法展開(kāi)研究,針對(duì)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的時(shí)變性,引入基于滑動(dòng)窗口的KPCA算法,建立隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)視模型,并對(duì)傳統(tǒng)算法中滑動(dòng)窗口大小難以確定的問(wèn)題提出一種動(dòng)態(tài)更新窗口大小的方法。傳統(tǒng)KPCA算法忽視了不同樣本和變量對(duì)模型訓(xùn)練貢獻(xiàn)度不同的問(wèn)題,本文提出了從樣本維度和變量維度進(jìn)行二維加權(quán)的KPCA算法,強(qiáng)化正常樣本和重要變量對(duì)模型建立的影響,并將該方法應(yīng)用于可變滑動(dòng)窗口KPCA的建模過(guò)程中,得到基于二維加權(quán)的可變滑動(dòng)窗口TWVMKPCA算法。仿真實(shí)驗(yàn)表明使用兩種改進(jìn)算法進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視比使用傳統(tǒng)KPCA具有更好的故障識(shí)別能力,在設(shè)備運(yùn)行的動(dòng)態(tài)過(guò)程中對(duì)于故障變量具有更高的識(shí)別率和更低的漏報(bào)率。(2)在故障類(lèi)型診斷方法研究中,為了優(yōu)化GBDT在不平衡故障樣本集上的分類(lèi)能力,分別從樣本和模型層面提出改進(jìn)。首先在GBDT算法中引入SMOTE過(guò)采樣技術(shù),通過(guò)SMOTE過(guò)采樣對(duì)于每一個(gè)類(lèi)別生成不同的訓(xùn)練樣本,應(yīng)用于每一輪的弱分類(lèi)器訓(xùn)練中。其次在引入隨機(jī)子采樣的隨機(jī)梯度提升決策樹(shù)中對(duì)損失函數(shù)進(jìn)行改進(jìn),通過(guò)在損失函數(shù)中使用每一類(lèi)的樣本個(gè)數(shù)對(duì)類(lèi)概率進(jìn)行加權(quán)達(dá)到損失平衡的效果。通過(guò)多組對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明兩種改進(jìn)的GBDT算法較傳統(tǒng)GBDT對(duì)于不平衡樣本集都有更好的分類(lèi)性能,在分類(lèi)精度和AUC值上均有一定的提升。(3)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中,將本文提出的TW-VMKPCA算法和BL-SGBT算法分別應(yīng)用到設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障類(lèi)型診斷模塊的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)中,目前系統(tǒng)已在試運(yùn)行中表現(xiàn)出不錯(cuò)的效果,各項(xiàng)功能均滿(mǎn)足用戶(hù)的使用需求。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：V556
【部分圖文】：

系統(tǒng)主界面

自定義工具欄界面

圖5.14 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)界面圖 5.15 展示了故障數(shù)據(jù)管理界面，在該界面可以按照設(shè)備檢索故障信息，同時(shí)支持按照時(shí)間限制檢、按分機(jī)單元號(hào)，設(shè)備號(hào)進(jìn)行查詢(xún)檢索，給用戶(hù)提供了刪除歷史過(guò)期數(shù)據(jù)和導(dǎo)入歷史數(shù)據(jù)的操作入口。
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本文編號(hào)：2836133