1.一种基于改进无迹Kalman滤波与RBF神经网络的抽油机故障诊断方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:选取抽油机一个冲程内完整的示功图,对示功图进行傅里叶变换选取低频部分的前f个示功图坐标参数,并结合抽油机三相电流参数b1,b2,b3构成决策变量X=[a1,a2,…,af,b1,b2,b3],f为所选示功图坐标参数的个数;
S2:在抽油机生产现场,选取至少一组决策变量X=[a1,a2,…,af,b1,b2,b3]作为样本数据,输出为所述决策变量X或X1~Xi所对应的故障类型Y或Y1~Yl;
运用RBF神经网络对采集到的决策变量X或X1~Xi进行训练、检验,从而建立抽油机故障诊断模型;
S3:利用球形无迹变换,对传统无迹Kalman算法进行改进,建立改进无迹Kalman算法,即CUKF算法;
Sigma点的确定方式为:
(1)当状态为1维时,初始化向量序列为:
ω01=0,
(2)当输入维数j=2,3,…,n时,迭代公式为:式子中, 为第j维的第i个粒子点,共有n维;
(3)对所生成的Sigma点加入系统状态v的均值和协方差后为:其中 是状态变量的均值,Px为状态向量的协方差矩阵,从以上采样算法可以看出,除了原点以外其他采样点具有相同的权值,而且都位于半径为 的改进上;
S4:利用步骤S3中的CUKF算法,对步骤S2所得到的RBF神经网络模型寻优,得到一组最优参数;
S5:按照步骤S4所得的参数构建最优模型来对步骤S2中所选定的抽油机故障进行建模诊断,使其达到故障诊断目的。
2.根据权利要求1所述的基于改进无迹Kalman滤波与RBF神经网络的抽油机故障诊断方法,其特征在于,步骤S1中选定了二大类参数构成决策变量X,第一大类为运用傅里叶变换后的示功图坐标参数a1,a2,…a8,将每种故障示功图进行傅里叶变换得到示功图频谱图,其低频部分前8个点代表示功图图形特征,对每种故障分别进行傅里叶变换,选取变换后的前8个低频部分的示功图坐标参数a1,a2,…a8,第二大类为抽油机电流参数b1,b2,b3。
3.根据权利要求1所述的基于改进无迹Kalman滤波与RBF神经网络的抽油机故障诊断方法,其特征在于,在步骤S1中,选取一组决策变量时:选取抽油机一个冲程内完整的示功图,对示功图进行傅里叶变换选取低频部分的前8个示功图坐标参数,并结合抽油机三相电流参数b1,b2,b3构成决策变量X=[a1,a2,…,a8,b1,b2,b3],输入为1组决策变量X,输出为该组决策变量X所对应的故障类型Y;
在步骤S1中,选取12组决策变量时:在抽油机生产现场,选取12组决策变量X1,X2,...,X12及其对应的供液不足、油井出砂、油井结蜡、气体影响、气锁、固定凡尔漏失、游动凡尔漏失、双凡尔漏失、抽油杆断脱、泵上碰、泵下碰、连抽带喷故障类型作为数据样本,输入为n组决策变量X1~Xi,输出为n组决策变量X1~Xi所对应的故障类型Y1~Yl;1
4.根据权利要求1所述的基于改进无迹Kalman滤波与RBF神经网络结合的抽油机故障诊断方法,其特征在于,步骤S2中RBF神经网络由输入层、隐藏层和输出层构成;
针对抽油机故障诊断模型而言,网络结构为A-B-C,A为输入层,B为隐藏层,C为输出层,激活函数采用Sigmod函数,样本训练时的迭代次数为800次。
5.根据权利要求1所述的基于改进无迹Kalman滤波与RBF神经网络结合的抽油机故障诊断方法,其特征在于,步骤S3中的球形无迹变换中UT变换采样点为n+2个。
6.根据权利要求5所述的基于改进无迹Kalman滤波与RBF神经网络结合的抽油机故障诊断方法,其特征在于,步骤S5中的CUKF-RBF算法包括以下步骤:其中,CUKF算法部分为:
S511:初始化系统参数;
S512:计算Sigma点状态向量;
S513:进行系统状态一步预测及协方差矩阵;
S514:计算系统观测及协方差矩阵;
S515:计算卡尔曼增益;
S516:更新系统状态估计矩阵及协方差阵;
式中, 为k-1时刻的系统状态估计矩阵, 为卡尔曼增益矩阵,Y(k|k-1)为k-
1时刻的系统观测矩阵, 为k-1时刻的系统观测预测矩阵;
式中, 为k-1时刻系统估计矩阵协方差阵, 为k-1时刻系统观测矩阵协方差阵;
UKF算法部分为:
S521:更新RBF隐含层的输出:
式中,m为隐层神经元,共有J个, 为隐层神经元输出,cm为隐层神经元的中心,σm为隐层神经元的宽度;
S522:计算RBF输出层输出
式中,l为输出层神经元,共有M个,yl为网络输出层输出,ωm,l为更新后隐含层到输出层连接权值。