隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的高度發(fā)展，機(jī)械設(shè)備工作強(qiáng)度不斷增大，生產(chǎn)效率、自動(dòng)化程度越來(lái)越高，同時(shí)設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性迅速增加，各部分的關(guān)聯(lián)愈加密切，往往某處微小故障就會(huì)危及生產(chǎn)過(guò)程的正常運(yùn)行。另外，隨著設(shè)備自動(dòng)化程度的日益提高，設(shè)備工作性能更趨完善，對(duì)設(shè)備的投資越來(lái)越大，維修費(fèi)用變得越來(lái)越高[1]。對(duì)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的研究不僅可以早期發(fā)現(xiàn)故障，避免災(zāi)難事故的發(fā)生，還可以將計(jì)劃性維修、事故性維修逐步過(guò)渡到以狀態(tài)檢測(cè)為基礎(chǔ)的預(yù)防性維修，極大提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)成為一門(mén)獨(dú)立的跨學(xué)科的綜合信息處理技術(shù)，它以可靠性理論、信息論、控制論和系統(tǒng)論為理論基礎(chǔ)，以現(xiàn)代測(cè)試儀器和計(jì)算機(jī)為技術(shù)手段，結(jié)合各種診斷對(duì)象（系統(tǒng)、設(shè)備、機(jī)器、裝置、工程結(jié)構(gòu)、工藝過(guò)程等）的特殊規(guī)律而逐步形成一門(mén)新興學(xué)科。它大體上由三部分組成：第一部分為故障診斷物理、化學(xué)過(guò)程的研究，例如以電氣、機(jī)械部件失效的腐蝕、蠕變、疲勞、氧化、斷裂、磨損等理化原因的研究。第二部分為故障診斷信息學(xué)的研究，它主要研究故障信號(hào)的采集、選擇、處理與分析過(guò)程。例如通過(guò)傳感器設(shè)備中運(yùn)行中的信號(hào)（如振動(dòng)、轉(zhuǎn)速），再經(jīng)過(guò)時(shí)域與頻域上的分析處理來(lái)識(shí)別和評(píng)價(jià)所處的狀態(tài)或故障；第三部分為診斷邏輯與數(shù)學(xué)原理方面的研究，主要是通過(guò)邏輯方法、模型方法、推論方法及人工智能方法，根據(jù)可觀測(cè)的設(shè)備故障表征來(lái)確定下一步的檢測(cè)部位，最終分析判斷故障發(fā)生的部位和產(chǎn)生故障的原因。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)與當(dāng)代前沿科學(xué)的融合是設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展方向。當(dāng)今故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是傳感器的精密化、多維化，診斷理論、診斷模型的多元化，診斷技術(shù)的智能化[4]，具體來(lái)說(shuō)表現(xiàn)表現(xiàn)在如下方面：

從上個(gè)世紀(jì)90年代起，我國(guó)也開(kāi)始了自主的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究和應(yīng)用。我國(guó)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際研究與國(guó)際相比具有同發(fā)優(yōu)勢(shì)，與國(guó)際先進(jìn)水平基本保持同一水平。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)在研究了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位問(wèn)題之后，提出了一種新的節(jié)點(diǎn)定位算法，從而提高了節(jié)點(diǎn)的探測(cè)能力。 

3.1 BP網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

（1）輸入和輸出層的設(shè)計(jì)

輸入的神經(jīng)元可以根據(jù)需要求解的問(wèn)題和數(shù)據(jù)表示方式確定。如果輸入的是模擬信號(hào)波形，那么輸入層可以根據(jù)波形的采樣點(diǎn)數(shù)目決定輸入單元的維數(shù)，也可以用一個(gè)單元輸入，這時(shí)輸入樣本為采樣的時(shí)間序列；如果輸入為圖像，則輸入單元可以為圖像的像素，也可以是經(jīng)過(guò)處理的圖像特征。 

（2）網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)

理論上早已證明：具有偏差和至少一個(gè)S型隱層加上一個(gè)線性輸出層的網(wǎng)絡(luò)，能夠逼近任何有理函數(shù)。增加層數(shù)主要可以更進(jìn)一步的降低誤差，提高精度，但同時(shí)也使網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜化，從而增加了網(wǎng)絡(luò)權(quán)值的訓(xùn)練時(shí)間。

（3）隱層的設(shè)計(jì)

對(duì)于BP網(wǎng)絡(luò)，有一個(gè)非常重要的定理。即對(duì)于任何在閉區(qū)間內(nèi)的一個(gè)連續(xù)函數(shù)都可以用單隱層的BP網(wǎng)絡(luò)逼近，因而一個(gè)三層BP網(wǎng)絡(luò)就可以完成任意的n維到m維的映射。

（4）初始值的選取

初始權(quán)值一般取隨機(jī)數(shù)，要比較小。

（5）學(xué)習(xí)速率

學(xué)習(xí)速率決定每一次循環(huán)訓(xùn)練中所產(chǎn)生的權(quán)值變化量。大的學(xué)習(xí)速率可能導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，但小的學(xué)習(xí)速率將會(huì)導(dǎo)致訓(xùn)練較長(zhǎng)，收斂速度很慢，不過(guò)能保證網(wǎng)絡(luò)的誤差值不跳出誤差表面的低谷而最終趨于最小誤差值。所以在一般情況下，傾向于選取較小的學(xué)習(xí)速率以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，學(xué)習(xí)速率的選取范圍在0.01～0.8之間。

（6）期望誤差的選取

在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過(guò)程中，期望誤差值也應(yīng)當(dāng)通過(guò)對(duì)比訓(xùn)練后確定一個(gè)合適的值，這個(gè)所謂的“合適”，是相對(duì)于所需要的隱含層的節(jié)點(diǎn)數(shù)來(lái)確定，因?yàn)檩^小的期望誤差值是要靠增加隱含層的節(jié)點(diǎn)，以及訓(xùn)練時(shí)間來(lái)獲得的。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1系統(tǒng)軟件整體構(gòu)架

煤礦大型機(jī)電設(shè)備群異常運(yùn)行狀態(tài)辨識(shí)與預(yù)警網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，需要構(gòu)建BP模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并融合多方面的信息，對(duì)采集的故障狀態(tài)信息進(jìn)行運(yùn)算處理，完成機(jī)電設(shè)備群的預(yù)測(cè)預(yù)警功能。系統(tǒng)軟件的整體構(gòu)架如圖4-1所示。

 

  Fig.6-1 System software the overall architecture 

系統(tǒng)軟件部分以MCGS組態(tài)軟件為核心，外圍包括Visual Basic執(zhí)行構(gòu)件，MATLAB軟件和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)部分。MCGS組態(tài)軟件雖然有著強(qiáng)大的人機(jī)界面和通訊功能，但卻不方便進(jìn)行復(fù)雜數(shù)據(jù)的計(jì)算與分析。而MATLAB是一套優(yōu)秀的數(shù)值計(jì)算、算法開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)仿真軟件，擁有大量穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)庫(kù)，在控制策略編制、算法改進(jìn)、參數(shù)在線調(diào)整、仿真調(diào)試等方面有著明顯優(yōu)勢(shì)。但是其人機(jī)界面設(shè)計(jì)不方便，沒(méi)有提供與計(jì)算機(jī)硬件的接口，無(wú)法進(jìn)行端口操作，不能構(gòu)建直觀、形象的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)界面。利用DDE協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可以充分利用MATLAB和MCGS組態(tài)軟件的優(yōu)勢(shì)，給用戶提供一個(gè)多角度、多層次可視化人機(jī)交互環(huán)境。