基于故障树的鼓式制动器故障诊断专家系统研究

摘要

制动器是曳引式电梯实现轿厢制动的关键部件，近几年由于其故障导致电梯轿厢不能正常制动以致人员剪切、轿厢蹲底或冲顶等事故时有发生，严重危害了乘客的人身安全，并造成了恶劣的社会影响。国家质检总局近几年曾多次进行专项整治，但仍不能有效地防止类似事故的发生。究其原因，在于制动器的整体性能是动态变化的，而国产制动器大多仿制国外产品，未对其动态特性和故障机理进行深入的研究，因而缺乏有效的制动器在线监测和故障诊断系统，仅仅依靠维保人员的监督和检查是无法从根本上保证其可靠运行的。因此，本文以鼓式制动器为研究对象，对其动态特性和故障机理进行分析研究，从而获得鼓式制动器的深层知识，在此基础上结合从专家处收集的浅层知识与经验，建立鼓式制动器的故障诊断专家系统，用于在线监测其运行状态并对其发生的故障进行实时诊断，对提升电梯安全等级、缩短维修时间和减少维保投入具有重要的意义。主要工作内容如下:
　　根据本文的任务要求，搭建了鼓式制动器故障诊断专家系统的框架结构;制定了诊断知识库和推理机这两个核心模块的构造方法:鼓式制动器的领域知识通过收集浅层知识与分析深层知识相结合的方式获取，并采用规则结构来表示所获得知识;推理机采用基于规则表示知识的推理方法和基于数据驱动的控制方法。
　　通过分析鼓式制动器的基本结构和工作原理，对其工作状态的静态特性和运动过程的动态特性展开了深入的研究，建立了表征鼓式制动器制动性能的制动力矩模型、表征鼓式制动器释放快慢的动铁芯吸合时间模型、表征鼓式制动器制动快慢的动铁芯释放时间模型，揭示了鼓式制动器整体性能与其零部件相关参数之间的内在联系。
　　对鼓式制动器故障模式及其机理展开了深入研究，建立了制动力矩不足、制动响应时间超时、释放响应时间超时、制动器不抱闸和制动器不松闸等主要故障模式的故障树，揭示了鼓式制动器运行状态及其零部件基本故障之间的逻辑关系。
　　根据鼓式制动器动态特性和故障机理等深层知识，结合鼓式制动器及其零部件的故障判据和维修策略等浅层知识与经验，对鼓式制动器故障诊断专家系统的动态参数获取模块、诊断知识库、动态数据库、推理机和人机界面等主要模块进行了设计;利用MATLAB开发了专家系统试验系统的计算机程序;通过模拟测试对试验系统的可行性进行了验证，测试结果表明其能较好地识别运行过程中的故障模式，找到相应的故障机理，给出维修策略。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 故障诊断技术的发展现状及存在的问题

1．2．1 定性分析方法及其存在的问题

1．2．2 定量分析方法及其存在的问题

1．3 制动器的研究现状及存在的问题

1．3．1 制动器的分类及其存在的问题

1．3．2 制动器的状态监测研究及存在的问题

1．3．3 制动器的故障诊断研究及存在的问题

1．4 本文研究目标和研究内容

第二章 鼓式制动器故障诊断专家系统框架设计

2．1 引言

2．2 鼓式制动器故障诊断专家系统的框架结构设计

2．2．1 理想专家系统的框架结构

2．2．2 鼓式制动器故障诊断专家系统任务要求和特点

2．2．3 鼓式制动器故障诊断专家系统的框架结构

2．3．1 鼓式制动器领域知识获取方式

2．3．2 鼓式制动器领域知识表示方法

2．4 鼓式制动器故障诊断专家系统推理机的构造方法

2．4．1 推理方法

2．4．2 控制方法

2．5 本章小结

第三章 鼓式制动器动态特性分析

3．1 引言

3．2 鼓式制动器基本结构及其工作原理

3．2．1 鼓式制动器的基本结构

3．2．2 鼓式制动器的工作原理

3．3 鼓式制动器静态特性分析

3．3．1 鼓式制动器制动状态的静态特性分析

3．3．2 鼓式制动器释放状态的静态特性分析

3．4 鼓式制动器释放过程的动态特性分析

3．4．1 动铁芯吸合触动时间

3．4．2 动铁芯吸合运动时间

3．5 鼓式制动器制动过程的动态特性分析

3．5．1 动铁芯释放触动时间

3．5．2 动铁芯释放运动时间

3．6 本章小结

第四章 鼓式制动器故障模式及其机理分析

4．1 引言

4．2 故障树的建立步骤

4．3 鼓式制动器故障模式分析

4．4 制动力矩不足机理分析

4．5 制动响应时间超时机理分析

4．5．1 动铁芯释放触动时间延长的机理分析

4．5．2 动铁芯释放运动时间延长的机理分析

4．6 释放响应时间超时机理分析

4．6．1 动铁芯吸合触动时间延长的机理分析

4．6．2 动铁芯吸合运动时间延长的机理分析

4．7 制动器不抱闸和不松闸机理分析

4．7．1 抱闸微动开关错误反馈原因分析

4．7．2 制动器不抱闸机理分析

4．7．3 制动器不松闸机理分析

4．8 本章小结

第五章 鼓式制动器故障诊断专家系统试验系统设计及其可行性验证

5．1 引言

5．2 动态参数获取模块设计

5．2．1 故障树顶事件的故障征兆及其故障判据

5．2．2 故障树底事件的特征量及其故障判据

5．2．3 动态参数检测方法

5．3 诊断知识库和动态数据库设计

5．3．1 诊断知识库的设计

5．3．2 动态数据库的设计

5．4 推理机设计

5．4．1 推理主模块设计

5．4．2 推理子模块设计

5．5 人机界面设计

5．6 鼓式制动器故障诊断专家系统试验系统可行性验证

5．7 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢