導語：數(shù)字信號處理技術在故障檢測的運用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)的智能化和自動化發(fā)展趨勢非常明顯，各類系統(tǒng)的復雜程度明顯提升，出現(xiàn)故障的概率顯著增加。因此，采取有效的狀態(tài)評估與監(jiān)測診斷方法將成為保障現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)性能的主要措施。隨著數(shù)字信號處理技術的深度發(fā)展，狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷有了更加穩(wěn)定的技術支持，可以提出更加合理的控制與故障消除措施，讓系統(tǒng)始終保持正常的運轉狀態(tài)。

關鍵詞：數(shù)字信號處理技術；故障檢測；運用

現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)的高自動化程度讓結構變得十分復雜，一旦系統(tǒng)當中的某一個細微環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，不僅會導致一系列的不良反應，甚至會直接影響到系統(tǒng)的安全運行。我們所熟知的切爾諾貝利事件實際上就是因設備運行故障所導致的核泄漏問題，對于生態(tài)與經(jīng)濟的影響非常明顯。故障檢測的意義在于利用已有的知識和經(jīng)驗結合結構特性對已經(jīng)發(fā)生或潛在的故障進行分析和控制，讓系統(tǒng)回到正常狀態(tài)[1]。

1數(shù)字信號處理技術的主要內(nèi)容

1.1技術特征

當前的信號處理系統(tǒng)一般是脫離了PC機的嵌入系統(tǒng)，因為PC機雖然功能全面且使用方便，但是受限于信號處理的特殊要求，使用起來仍然有難度。實時信號處理系統(tǒng)則延遲較小且成本較低。如果要進行信號處理，一般是在通用計算機上使用仿真軟件（MATLAB或C++）來實現(xiàn)，在非實時的數(shù)字信號處理技術系統(tǒng)當中可以得到應用。如果對于運算速度要求較高則可以考慮采用專門的數(shù)字信號處理芯片，將信號處理的算法在芯片內(nèi)部就實現(xiàn)，只需要展開接口設計無需進行額外編程。雖然該模式在系統(tǒng)硬件和軟件的升級方面難度較大，但是在信號處理方面的優(yōu)秀性能仍然使得它具有良好的應用前景與價值[2]。

1.2數(shù)字信號處理芯片

數(shù)字信號處理芯片即數(shù)字信號處理器，利用處理運算算法來進行架構，包括CPU、存儲器和集成外設等，內(nèi)部包含不同的處理結構模塊。總體來看數(shù)字信號處理技術芯片的集成度非常高且CPU可以保持良好的運算速度，外部接口數(shù)量較多也能讓程序指令和數(shù)據(jù)存儲相互分離，處理過程和數(shù)據(jù)分析過程可以同時展開。所采用的流水線技術讓處理速度有所保障，芯片的接口也可以完成實時的調試工作，保持穩(wěn)定的開發(fā)性能。隨著今后的工作當中數(shù)字信號處理技術性能的優(yōu)化，利用專門的器件來進行實時處理也成為了主要的發(fā)展熱點，其內(nèi)部的每個存儲空間都可以進行獨立訪問，而程序總線與數(shù)據(jù)總線是相互分開的，數(shù)據(jù)運算效率相當于是原來的兩倍。數(shù)據(jù)和程序在不同的存儲空間內(nèi)部，因此執(zhí)行操作可以重疊進行，芯片的靈活性和指令執(zhí)行過程更加便捷。雖然數(shù)字信號處理對于實時性的要求比較高，但是在不同的情況下功能程序可以通過預測的方式發(fā)揮集成優(yōu)勢，且除去微處理器的性能之外還包括其它處理器不具備的特性，例如可以在一個指令周期范圍內(nèi)完成乘法和加法，且指令訪問和數(shù)據(jù)分析可以同時進行等[3]。數(shù)字信號處理對于實時性要求較高，特別是不同的情況下都需要在規(guī)定的時間內(nèi)完成工作，即不同的功能程序都需要確定具體的執(zhí)行時間，預測處理分析工作也隨之產(chǎn)生。近年來數(shù)字信號處理芯片的高穩(wěn)定性和高預見性，產(chǎn)生的數(shù)字信號處理技術也成為了研究熱點，也為信號處理理論的研究工作提供了關鍵的信息基礎和理論支持。

2數(shù)字信號處理技術在故障檢測環(huán)節(jié)的應用

2.1診斷方案的整體設計

在目前的工業(yè)系統(tǒng)當中良好的診斷方法能夠有效地確保系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，而不理想的故障診斷方法可能會直接影響到系統(tǒng)的運行狀態(tài)。表1當中就是常見的故障診斷方法。在診斷方法的整體設計上我們可以考慮采取聚類分析，將其中大量未知標注的數(shù)據(jù)通過計算的方式整合成為不同的類型，從而篩選并掌握隱藏在數(shù)據(jù)對象背后的分組信息、數(shù)據(jù)分布信息等[4]。以密度指標為標準的減法聚類算法能夠將所有的數(shù)據(jù)對象都作為候選對象，作為快速而獨立的聚類模式，其計算量和數(shù)據(jù)點數(shù)量的關系是線性關系。在診斷系統(tǒng)的整體框架設計上，框架如圖1所示。系統(tǒng)的各個模塊都可以單獨地進行設計和調節(jié)，然后進行整機連調，既能夠便于系統(tǒng)的設計又可以在調試和維護工作方面發(fā)揮性能，整個系統(tǒng)在正常供電的條件下通過數(shù)據(jù)采集的模塊進行監(jiān)測后，將系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)送給數(shù)字信號處理平臺，讓其進行數(shù)據(jù)運算和分析，最終將處理完畢的數(shù)據(jù)發(fā)送給其它控制器進行處理。

2.2診斷方法設計

在目前的故障檢測技術當中，考慮到某些算法的計算比較復雜，需要處理大量數(shù)據(jù)，再加上乘法運算對于實時性要求較高，因此數(shù)字信號處理技術的應用可以給我們提供非常有效的處理方案，構建在復雜的環(huán)境下發(fā)揮監(jiān)測和故障診斷功能的系統(tǒng)程序[5]。目前基于數(shù)字信號處理的程序開發(fā)主要使用的方式就是將復雜的運算過程用C語言等措施，以程序代碼的形式下載到硬件平臺之上進行操作。在了解運算規(guī)則之后就可以將算法功能進行編寫然后根據(jù)仿真結果進行調節(jié)。如果可以達到預期的算法就可以利用數(shù)字信號處理的編程環(huán)境轉換語言程序，達不到預期的算法則重新進行程序編寫。這一階段的工作完成之后就需要利用仿真模擬的軟件來對算法程序功能作出調整，將預期算法處理和實現(xiàn)的結果作出對比，讓在線運行的質量和性能更加穩(wěn)定[6]。在診斷方面，借助MATLAB模擬仿真進行的算法移植方式效果突出，整個數(shù)字信號處理的軟件部分也采取模塊化的程序設計，通過主函數(shù)對不同功能函數(shù)模塊的順序調用來滿足故障診斷的現(xiàn)實需求。首先診斷系統(tǒng)會進行初始化，初始化結束后展開數(shù)據(jù)采集，將所有的數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)域后等待進一步處理，系統(tǒng)會將經(jīng)過降噪處理的數(shù)據(jù)交給故障診斷聚類分析模塊然后保存數(shù)據(jù)，判斷是否有新數(shù)據(jù)出現(xiàn)。有新數(shù)據(jù)則進行降噪預處理。需注意的是小波降噪功能是為了能夠保留有用的信號技術然后對信號合并和重構?？傮w而言聚類功能程序模塊的具體流程應該在設定的閾值范圍內(nèi)單獨進行聚類，最后通過計算并調整聚類中心的方式保存結果。如果要進行診斷方法的優(yōu)化，那么需使用優(yōu)化后的匯編語言編寫程序，程序的優(yōu)化過程要進行手工處理，即首先對算法進行C程序級優(yōu)化再針對數(shù)字信號處理的具體特征對代碼進行調節(jié)，包括功能精簡、數(shù)據(jù)結構循環(huán)優(yōu)化、代碼的并行處理等。不過需要盡量避免對于片外存儲數(shù)據(jù)讀取和調用，目的在于減少調用數(shù)據(jù)過程所產(chǎn)生的時間消耗。

2.3增量聚類診斷

當前常見的聚類方法是基于全局進行的比較內(nèi)容，無法滿足實際情況對于聚類數(shù)據(jù)的分析要求。對于新增數(shù)據(jù)而言，可以考慮采用增量式聚類診斷，即先在分析之前利用減法聚類措施來定位最優(yōu)的數(shù)據(jù)對象集與初始聚類中心然后再找出數(shù)據(jù)對象。經(jīng)過該方法進行處理之后，不僅可以避免聚類運算每次的最優(yōu)解等問題，還可以根據(jù)數(shù)據(jù)對象當中的數(shù)據(jù)點來確定聚類數(shù)量[7]。反之，遞歸增量聚類則是利用原始的聚類結果來進行本次過程，而不是將所有數(shù)據(jù)集進行重新運算，此時應重點提升聚類算法的效率來保障數(shù)據(jù)處理的精度。

3結語

數(shù)字信號處理技術的研究工作成為了今后狀態(tài)評估和故障檢測工作的重點，目的在于提升診斷的速度和精度減少誤報、漏報現(xiàn)象，準確地對故障發(fā)生的情況作出判斷并分析故障產(chǎn)生的潛在風險。未來的工業(yè)系統(tǒng)將變得更復雜，集成化的發(fā)展趨勢下僅僅依靠算法展開降噪處理無疑是不夠的，對于故障診斷過程的優(yōu)化還應該進行預測和更新，提升算法在高維數(shù)據(jù)方面的處理能力和分析能力，特別是故障糾正和故障控制。

參考文獻

[1]薛宸.數(shù)字信號處理技術在電子信息工程中的應用分析[J].電子元器件與信息技術,2020,4(07):89-90.

[2]郭琳琳.信號處理的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來趨勢[J].數(shù)字技術與應用,2020,38(07):27-28.

[3]劉芳.數(shù)字信號處理技術在故障檢測和定位中的應用[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2019,40(01):178-179.

[4]李影.淺析數(shù)字信號處理的發(fā)展與應用[J].科技與企業(yè),2015(13):87.

[5]胡泊.現(xiàn)代數(shù)字信號處理的應用和發(fā)展前景[J].信息系統(tǒng)工程,2017(02):113.

[6]張魯寧,石玉.數(shù)字信號處理技術在氣體檢測中的應用[J].電子元器件與信息技術,2020,4(02):105-106.

[7]鄔漢杰,譚勛瓊.關于數(shù)字信號在電子信息工程中應用的研究[J].信息記錄材料,2020,21(04):202-203.

作者：夏培濤 單位：臨沂科技職業(yè)學院