[發明專利]基于頻響函數和運行響應特征診斷復雜裝置早期故障的方法

有效

• 申請號: 201711279458.5
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN107977679B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 潘銘志;潘宏俠;許昕;付志敏
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06N3/08;G06F30/27
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔雪花;冷錦超

本發明公開了一種基于頻響函數和運行響應特征診斷復雜裝置早期故障的方法，涉及復雜機電系統故障診斷領域，具體步驟為：初選各頻響函數的激勵和響應測試點；測試典型復雜裝置多個頻響函數，找出故障特征變化，優化最佳測試點；根據力錘激勵的有效頻率范圍設置信號采樣頻率，分別實施現場頻響函數和運行狀態響應特征的測試并進行關聯，在頻域內完成相關性分析，給出時頻域特征參數；做相對熵與深度學習網絡相結合的早期故障分類識別；本發明可以在復雜裝置安裝過程級運行中進行質量性能監測和調整，及早發現質量性能問題和故障隱患，提高診斷精度；可廣泛用于復雜裝置主要構件由于性能劣化引起早期故障的在線診斷。

技術領域

本發明涉及復雜機電系統故障診斷技術領域，尤其涉及一種基于頻響函數和運行響應特征診斷復雜裝置早期故障的方法。

背景技術

工程實際中有很多種類的復雜機電一體化裝置，包括飛機、艦船和坦克車輛中的動力與傳動裝置，火炮等武器發射的自動供輸彈系統，高空無人偵察機系統，衛星自動展開系統，石化、電力、核動力與化工生產中的壓縮機、泵閥系統，鋼鐵制造中的型材自動軋制系統，在復雜機電系統中，既有電（液）動力驅動裝置，也有完成具體任務的執行機構，中間還有復雜傳動裝置。其共同特征是在復雜裝置中包含有眾多的構件，經過多種裝配形式組合到一起進而在惡劣環境下完成特定的復雜運動，不但有復雜構件相互運動，還有檢測元件反饋運行狀態信息，并有計算機軟硬件實現自動控制。

各構件在執行任務過程中，通常處在高沖擊瞬態環境中做高速運動，具有惡劣的沖擊振動產生，產生結構構件的早期磨損、松動、裂紋與卡滯性故障，它們是復雜裝置性能失效的主要因素，由于系統在惡劣環境中高速自主運行，將成為風險較大的關鍵因素。以高速碰撞、高溫高壓為外激勵背景對復雜機電裝置進行早期故障預測研究可應對潛在的各種風險。

復雜機電一體化裝置通常都是國民經濟中大型復雜運行系統的心臟和主動脈，其運行安全可靠影響到系統及整條生產線的正常工作、項目完成甚至工作人員生命安全與生存，是復雜運行系統保證安全的重心，不但要滿足系統自動安全運行，適應復雜環境所帶來高溫高壓、高沖擊振動的影響，還要考慮狹窄空間要求、運行性能、可靠性和可維護性等多項性能指標。

故障早期診斷技術是復雜機電一體化系統運行支持技術的一部分，故障早期診斷技術的研究對復雜裝置的安全性和經濟性有著特殊的意義，不但能夠增強復雜裝置的安全性能，也能減少操作人員誤操作以及突發故障的概率。

發明內容

本發明克服了現有監測診斷技術普遍存在的指向性不足和故障不易定性定量的不足，提供了一種基于頻響函數和運行響應特征診斷復雜裝置早期故障的方法，解決復雜機電一體化系統性能劣化和故障早期診斷中存在的診斷精度不夠高等技術問題。

為了達到上述目的，本發明是通過如下技術方案實現的：

所述的復雜裝置包括諸多構件經過多種裝配形式組合到一起進而在惡劣環境下完成特定復雜運動的裝置，一種基于頻響函數和響應特征診斷復雜裝置早期故障的方法包括以下步驟。

a）在分析研究典型復雜裝置主要磨損、松動、裂紋與卡滯性故障的形式和部位的基礎上，將沖擊激勵傳感器和振動響應傳感器設置在可能出故障部位的兩端，初選各頻響函數的激勵和響應測試點。激勵和響應測點跨越容易出故障的部位，可感受到各構件的主要早期磨損、松動、裂紋與卡滯性故障，頻響函數曲線中含有各故障產生的信息。

b）實驗室條件下測試典型復雜裝置多個頻響函數，分析各頻響函數曲線的峰值、頻率、損耗因子及分布規律特征，找出主要磨損、松動、裂紋與卡滯性故障情況的特征變化，并從中優化出裝置運行狀態進行響應測試的最佳測試點。

c）根據力錘激勵的有效頻率范圍設置信號采樣頻率，分別實施現場頻響函數和運行狀態響應特征的測試。

d）將現場測試的各頻響函數曲線和運行狀態相同響應點測試的頻域曲線進行關聯，在頻域內完成相關性分析，給出對應主要故障的運行狀態響應的時頻域特征參數。