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异常信号识别与响应

📚 共计 30 章节

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异常信号概述

什么是异常信号 · 突变、渐变、周期异常分类 · 工业中的重要性

基础概念分类

信号采集基础

传感器类型（温度/振动/电流）· 奈奎斯特采样定理 · 量化编码与系统架构

传感器采样

时域分析基础

均值、方差、均方根值 · 峰值因子 · 峭度指标

统计特征时域

频域分析基础

傅里叶变换(FFT)原理 · 频谱图解读 · 功率谱密度(PSD)

时频分析入门

短时傅里叶变换(STFT) · 小波变换概念 · 时频谱图应用

经典阈值检测法

固定阈值 · 自适应阈值(移动平均) · 3σ原则(拉依达准则)

统计过程控制(SPC)

控制图原理(X-bar图/R图) · 8条判异规则

基于机器学习的异常检测(一)

K-近邻(KNN)异常检测 · 孤立森林(Isolation Forest)原理

KNN孤立森林

基于机器学习的异常检测(二)

单类支持向量机(One-Class SVM) · 局部异常因子(LOF)

基于深度学习的异常检测

自编码器重构误差法 · LSTM时序预测残差法

自编码器LSTM

异常信号特征提取

统计特征(时域) · 谱特征(频域) · 熵特征(近似熵/样本熵)

特征工程熵

信号预处理技术

去噪(中值滤波/小波去噪) · 归一化(Z-score/Min-Max) · 趋势项去除

预处理去噪

多变量异常检测

主成分分析(PCA)降维与异常检测 · 马氏距离(Mahalanobis Distance)

PCA马氏距离

边缘计算与实时检测

边缘节点部署策略 · 轻量化模型(TinyML) · 流式数据处理(Sliding Window)

边缘计算TinyML

告警机制设计

告警级别定义(Info/Warning/Critical) · 告警抑制(Debounce) · 告警聚合(Deduplication)

响应策略制定

自动响应(停机/切换备用) · 半自动响应(人工确认) · 响应SLA定义

故障根因分析(RCA)

故障树分析(FTA) · 因果图(Fishbone) · 基于规则的专家系统

案例实战(一)：旋转机械振动异常检测

轴承故障诊断 · 振动信号分析与特征提取

案例实战(二)：工业电机电流异常检测

匝间短路检测 · 电流信号时频分析

案例实战(三)：管道压力突变检测与响应

压力突变识别 · 自动响应与告警联动

案例实战(四)：温度传感器漂移检测与校准

漂移趋势分析 · 在线校准策略

实战传感器

案例实战(五)：多传感器融合的异常检测

风电机组融合检测 · 振动/温度/功率综合分析

系统架构设计

数据采集层 · 处理层 · 决策层 · 执行层

数据存储与回放

时序数据库(InfluxDB) · 旋转门压缩算法 · 历史数据回溯分析

可视化与监控大屏

实时曲线 · 热力图 · 告警列表 · 仪表盘设计原则

可视化大屏

系统测试与验证

注入测试(Fault Injection) · 混淆矩阵(Precision/Recall) · A/B测试

运维与持续优化

模型漂移监控 · 在线学习(Online Learning) · 告警阈值动态调整

安全与合规

数据加密传输 · OPC UA工业协议安全 · ISO 17359标准

数字孪生与异常预测 · 生成式AI异常模拟 · 联邦学习隐私保护

前沿数字孪生

课程总结与综合实训

端到端异常信号识别系统搭建 · 从传感器到告警响应