[發(fā)明專利]一種基于功率熵譜-隨機森林的航空發(fā)動機滾動軸承故障診斷方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810144056.2
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108388860B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張碩;李濟邦;孫希明;孫濤
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G01M13/04
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發(fā)明屬于航空發(fā)動機故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于功率熵譜?隨機森林的航空發(fā)動機滾動軸承故障診斷方法。本發(fā)明針對現(xiàn)有傳統(tǒng)技術(shù)存在的上述不足，提出基于隨機森林的航空發(fā)動機滾動軸承故障診斷方法，其中，首先使用某研究機構(gòu)提供的航空發(fā)動機滾動軸承試驗測量數(shù)據(jù)建立訓(xùn)練數(shù)據(jù)集和測試數(shù)據(jù)集；基于故障特征提取的思想，采用小波分析對原始采集數(shù)據(jù)進行時域統(tǒng)計分析和頻域分析；從而從工程應(yīng)用角度出發(fā)，實現(xiàn)了有效的故障診斷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空發(fā)動機故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于功率熵譜-隨機森林的航空發(fā)動機滾動軸承故障診斷方法。

背景技術(shù)

航空發(fā)動機作為航空發(fā)動機系統(tǒng)的核心部件之一，其能否正常工作將直接影響到飛機的飛行安全。而滾動軸承是航空發(fā)動機中應(yīng)用最廣泛的一種通用機械部件，研究表明，在航空發(fā)動機的各種故障中，滾動軸承故障占有相當(dāng)大的比例。因此，如何準(zhǔn)確監(jiān)測識別出航空發(fā)動機滾動軸承所處的不同故障模式，對確保飛機飛行安全以及降低維修成本起關(guān)鍵作用，具有重要的軍事與經(jīng)濟價值。

目前已有很多國內(nèi)外學(xué)者展開了滾動軸承的檢測及診斷研究方面的工作，常用診斷技術(shù)包括熱診斷、聲學(xué)診斷、光纖診斷、油液診斷以及振動診斷技術(shù)。其中，振動診斷技術(shù)理論相對成熟，其通過采集和處理運行過程中的振動信號，對滾動軸承中的變形、脫落等進行監(jiān)測和診斷。本文中采用的即為振動診斷技術(shù)。而隨著

綜上，本文提出一種基于隨機森林的航空發(fā)動機滾動軸承故障診斷模型，從工程實際應(yīng)用角度出發(fā)，對發(fā)動機滾動軸承的內(nèi)圈故障、外圈故障以及滾動體故障等10類狀態(tài)進行識別。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有傳統(tǒng)技術(shù)存在的上述不足，提出基于隨機森林的航空發(fā)動機滾動軸承故障診斷方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于功率熵譜-隨機森林的航空發(fā)動機滾動軸承故障診斷方法，如附圖1主流程圖所示，步驟如下：

第一步，航空發(fā)動機性滾動軸承故障數(shù)據(jù)預(yù)處理

對原始滾動軸承數(shù)據(jù)，首先進行(1)、(2)步預(yù)處理：

(1)滾動軸承實驗測量數(shù)據(jù)包括轉(zhuǎn)速n₁、驅(qū)動端振動加速度a₁、風(fēng)扇端振動加速度a₂、故障直徑d、滾珠個數(shù)Z、內(nèi)圈半徑r₁、外圈半徑r₂和接觸角度α₂，共8組參數(shù)；

(2)數(shù)據(jù)集成：滾動軸承實驗測量數(shù)據(jù)包括多個實驗過程現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，將多源實驗數(shù)據(jù)結(jié)合起來統(tǒng)一存儲，并建立滾動軸承故障數(shù)據(jù)庫；

待提取出故障特征后，對特征數(shù)據(jù)進行(3)、(4)、(5)步處理：

(3)重采樣：對于特征數(shù)據(jù)進行分析，由于采時間間隔不等，為了方便之后的滾動預(yù)測，采用線性重采樣法對滾動軸承實驗測量數(shù)據(jù)進行重采樣處理；

(4)歸一化：對重采樣處理后的數(shù)據(jù)進行歸一化處理，以取消各維數(shù)據(jù)間數(shù)量級差別，避免因輸入輸出數(shù)據(jù)數(shù)量級差別較大而造成預(yù)測誤差較大；使用最大最小法，其轉(zhuǎn)換形式如下：

x_no_r＝(x_no_r-x_min)/(x_max-x_min)

式中，x_nor為待歸一化數(shù)據(jù)序列，x_min為數(shù)據(jù)序列中的最小數(shù)，x_max為數(shù)據(jù)序列中的最大數(shù)；

(5)數(shù)據(jù)篩選與清理：對歸一化后的數(shù)據(jù)進行可視化處理，講故障數(shù)據(jù)進行簡單聚類和清理；

第二步，滾動軸承數(shù)據(jù)特征向量提取