[發明專利]基于符號動力學禁字模式的旋轉機械故障診斷方法

有效

• 申請號: 201310432071.4
• 申請日: 2013-09-22
• 公開（公告）號: CN103528836A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 王雪;袁玲
• 申請（專利權）人: 重慶科技學院
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙) 50211
• 代理人: 郭云

技術領域

本發明涉及故障診斷方法,具體涉及基于符號動力學禁字模式的旋轉機械故障診斷方法。

背景技術

當前，旋轉機械已廣泛應用到航空航天、汽車船舶、冶金石化、兵器裝備和能源發電等領域中。較為典型旋轉機械的如齒輪傳動箱、旋轉主軸、軸承等，旋轉機械的故障診斷一直是工程界應用的熱點問題。旋轉機械故障診斷過程一般為：信號采集、信號處理和故障診斷。故障診斷實際上是一種模式識別過程。

旋轉機械的故障診斷方法有很多。一般分為基于動力學模型、基于動態信號分析和基于數據驅動的方式。基于動力學模型的診斷方法，一般是需要建立完整的動力學方程，通過數學方程，描述旋轉機械的動力學特征。通常情況下，動力學模型很不容易建立，且發生故障時，其模型會發生改變；動態信號分析方法是當前應用得很多的一種方法，其方法是對時域或者頻域信號進行信號處理，提取其中能表征缺陷或者故障的特殊成分，通過模式識別方法，判斷是否有故障；基于數據驅動的方法，是基于得到的各種信號樣本，采用監督或非監督的方法，通過提取數據里面的特征，建立故障模態和特征之間的關系，實現模式識別故障診斷的方法。

當前的故障診斷方法存在的困難是：其一.難以建立精確的旋轉機械的動力學模型。故障的動力學特征是進行故障診斷的最根本途徑。由于系統過約束特性和內部復雜的激勵源，使得機械在工作是振動耦合較為突出；同時，工作時面臨沖擊載荷、間歇載荷等波動變化性工況，這直接導致了響應信號的非平穩性。這兩個因素相互作用，使得故障發生是響應信號具有較明顯的非線性特征。這造成了旋轉機械在診斷技術上根本性困難。其二：難以有效克服行實際工況中響應信號信噪比低。實際工況的旋轉機械的噪聲都比較嚴重，旋轉機械的其特征頻率多分布在低頻中頻的較多，而這些特征頻率極容易被環境噪聲污染。其三：特征參數需要優化和診斷模型穩健性需要提高。盡管在故障特征提取、故障模式識別方面有很多富有意義的研究成果，在某些旋轉機械中，其特征頻率非常復雜而難以確定。在實際的診斷中，特征參數的優化和診斷模型的穩健性是提高診斷和預測正確率、減少拒識率和誤識率的重要路徑。

旋轉機械實際上為一個復雜的動力學系統，其具體詳細的動力學結構難以明了。在旋轉機械正常工作的時候，其動力學系統是穩定的，也就是其動力學參數是應在一個穩定的范圍之內穩定的，當機械出現故障時，其動力學特征將發生改變，不同的改變方向，以及不同的改變程度，對應著某種故障。特別重要的是，當系統出現故障時，系統的非線性動力學特征將會出現，不同的故障對應不同的非線性動力學特征，若能在一定程度上表征這些非線性動力學特征，通過數據驅動的方法建立故障模型，就能很好進行故障診斷。據此，本方法提出一種基于時域信號符號動力學禁止字模式的診斷方法。