1.杨兆瀚 2.李天池 3.马宇婷
2.中国船舶集团公司第七〇三研究所
摘要：本文详细介绍了一种特征提取方法，运用该方法经过矩阵变换、降低维度数以提取故障信息的主要特征，实现了对船舶动力装置中冷凝器的故障特征提取，为船舶动力装置冷凝器故障诊断以及诊断预报问题，提供了一种有效可行的数据处理方式。
关键词：船舶；船舶动力装置；主要成分分析方法；冷凝器；故障特征提取
引言：在故障诊断以及故障预测的过程中，为了使诊断和预报结果更加准确可靠，需要采用尽可能多的故障样本数据，以获取足够的故障信息。大量的数据在提供可供利用的信息量的同时，也增加了有效利用的这些数据处理的困难程度。而且有用的知识，也可能被淹没在大量的数据中，反而增加特征提取的困难，降低样本数据冗杂诊断推理的实施性，而且更为重要的是很可能影响诊断和预测的精度。
反映故障状态的特征参数提取是进行故障诊断，以及故障相关预报的主要环节在保证诊断预报精度损失较小的前提下，对最小特征数目的特征集来表示，原始数据已成为故障诊断及故障诊断预报领域的一个重要课题。本文作者希望提取特征集，为了区分不同类型的数据集，而其数据维度的降低带来的诊断和预报误差必须控制在一个很小的范围内。因此，要从故障特征及选择，对状态敏感的特征子集中，需要对故障最大的特征分析数据进行保留，特征提取及通过映射的方法，用低维度空间来将高维度空间样本进行表示，映射后的特征呈现为二次特征，他们是原始特征的某种组合，本文采用的主要分析方法，对船舶动力装置冷凝器进行故障特征提取。
一、主成分分析法
1.1主要成分算法
设定一组非零输入向量，n为训练集的样本量；m为描述对象参数个数。对于输入向量能够通过中心化转化为零均值阵列。对非零值从小到大排列，求得成分。
1.2主要成分贡献率
对于特征值，表示特征值在内反应生成特征空间中，前个分量对整体方差的贡献，即为主要成分的贡献率。一般选择m使前面m个最大特征对应值向量构成m特征子空间。
二、船舶动力装置冷凝故障分析
船舶动力装置中冷凝器降低汽轮机的排放压力和温度，对提高热循环效率，有着重要的作用，冷凝器四个常见的故障是：循环水泵严重故障，冷凝器满水故障，循环水量不足，抽水器工作不正常。表1为对冷凝器进行故障诊断及故障预报的故障知识库。为了对这些不同类型征兆代表的参数进行区别，在故障时所处的状态，令0.5为正常值，1.0为正常运行值，1.0为上限相关的关机值，0.0为下线的关机值，0.75与0.25是上下报警说对应的状态。
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从表3中组成成分的方差，以及对整体方差的贡献率，可以用帕雷托图描述各个成分对整体方差的贡献率。由表3可知，前五个特征占整个特征质量的82.4168%，按照主要成分选用保留的信息达到75%以上的原则，可以选用前五个主要成分作为最佳特征的选择，第一主成分为PC1主要由z3、z5、z6决定，且z8影响最小，这表明可能对于某些故障，如果其他参数变化趋势相近时，需要根据上述三个特征向量判断故障；第二主成分主要由z2、z8、z9决定，且z1的影响最小；第三主成分主要由PC3由z8、z5和z2决定，且z1的影响最小；第四主成分PC4主要由z6、z3和z9决定，且z7的影响最小，运动状况直接进入混沌运动状态，轴承油膜有波动，发展到震荡导致润滑油丧失作用。所以就在较大质量偏心距离存在的情况下，其振动的状态，与小质量偏心的距离的运动状态相比，显得更为复杂运动的稳定性变差。并且随着质量偏心距离增大，走进运动出现混沌状态的临界转速降低，这说明轴稳定工作的速度区间变窄，因此为了提高推进轴运动的平稳性。扩大螺旋有效工作的速度区域，应该改善加工质量和提高轴安装的中性精度，减小螺旋桨质量偏心对轴工作平稳性的影响，从理论上证明：造船工作中，螺旋桨轴制造空心轴线进行合理校中的必要性。
结束语：本文结论是在给出推进轴的振动状态方程和轴承润滑油膜支撑的基础上运用数值积分分的方法，对质量变形与轴承间的影响关系进行研究，从计算结果分析，得到如下结论。在轴承油膜的耦合作用下，当推进轴系的质量偏心增大时，轴系的振动状态分别经历了同期周期、概周期和混沌运动等不同形式的状态，偏心越大，轴的振动随机性越强轴的润滑油膜稳定性越差，且振动状态改变，对质量偏心的改变以及依赖性很敏感，同时还能得到，该删除的加工质量和提高轴安装的最终新进度，能够在一定程度上有效减小轴的质量偏心，对轴工作平稳性的影响，这为抑制轴振动系统相关设计提供理论基础。利用能机系统常见的的相关测量变量，尽力组员分析模型。根据系统变量之间的相对性，冷凝机传感器的测量值进行故障检测与诊断及测量重构。进行进一步的实验离心式制冷机，在冷凝器结构故障条件下的实验数据，对于这些组员分析法的传感器故障诊断方法。对于该故障的敏感性进行了分析研究，研究结果表明，冷凝器故障存在条件下，基于主人分析法的传感器故障诊断法，也能成功地对传感器的故障进行检测诊断以及故障的重构，船舶动力装置冷凝器故障特征也能被识别出来。
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