[發(fā)明專利]非均衡樣本下高速重載輸入級(jí)故障診斷方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811577688.4
• 申請(qǐng)日: 2018-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN109682596B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王友仁;謝明佐;孫國(guó)棟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M13/021
• 分類號(hào): G01M13/021
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開非均衡樣本下高速重載輸入級(jí)故障診斷方法，具體步驟為：利用低轉(zhuǎn)速齒輪箱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的不同模擬故障模式監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)，獲得低速故障頻譜數(shù)據(jù)，通過(guò)頻譜搬移獲得不同故障模式下高速齒輪箱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)故障頻譜數(shù)據(jù)；把高速齒輪箱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)故障頻譜數(shù)據(jù)遷移到直升機(jī)輸入級(jí)齒輪箱故障模式，得到不同故障模式輸入級(jí)故障頻譜數(shù)據(jù)；利用兩次遷移所得輸入級(jí)故障頻譜數(shù)據(jù)和正常模式下實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)頻譜數(shù)據(jù)，對(duì)深度堆棧去噪自動(dòng)編碼器SDAE進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練，再用實(shí)際運(yùn)行時(shí)輸入級(jí)少量故障數(shù)據(jù)樣本對(duì)SDAE精細(xì)微調(diào)。把訓(xùn)練好的SDAE用于高速重載輸入級(jí)振動(dòng)信號(hào)自動(dòng)特征提取與故障分類。本發(fā)明解決了樣本不均衡情況下直升機(jī)高速重載輸入級(jí)故障診斷問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高速重載輸入級(jí)故障診斷方法，屬于設(shè)備故障與信號(hào)處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

直升機(jī)健康與使用監(jiān)控系統(tǒng)(Health and Usage Monitoring System，HUMS)是一個(gè)集航空電子設(shè)備、地面支持設(shè)備及機(jī)載計(jì)算機(jī)監(jiān)視診斷產(chǎn)品于一體的復(fù)雜系統(tǒng)，其對(duì)于降低直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的故障率、提高傳動(dòng)系統(tǒng)的安全性具有重要意義。此外，從國(guó)內(nèi)外直升機(jī)維修技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，軍、民用直升機(jī)的維修制度正在從定期維修及預(yù)防性維修向視情維修發(fā)展，而故障診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)視情維修的技術(shù)基礎(chǔ)，為降低直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)維護(hù)維修成本、提高維修效率發(fā)揮重要作用。

直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)連接器、輸入級(jí)、主減速器、傳動(dòng)軸、尾減速器等組成。輸入級(jí)由錐齒輪組成，常工作在高速重載情況。高速重載輸入級(jí)傳動(dòng)裝置的運(yùn)行工況復(fù)雜，且受到傳動(dòng)裝置中齒輪的時(shí)變嚙合剛度、傳遞誤差、齒側(cè)間隙等因素影響，很容易發(fā)生齒輪磨損、裂紋、粘結(jié)、點(diǎn)蝕等故障，會(huì)嚴(yán)重影響直升機(jī)飛行安全。當(dāng)輸入級(jí)部件出現(xiàn)損傷故障時(shí)，會(huì)使得狀態(tài)監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度與頻譜成分發(fā)生變化，目前常用的方法是基于振動(dòng)信號(hào)分析進(jìn)行高速重載輸入級(jí)故障診斷。

高速重載輸入級(jí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷主要包括振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)預(yù)處理、特征提取、工作狀態(tài)識(shí)別、故障診斷等過(guò)程，而信號(hào)預(yù)處理與特征提取是輸入級(jí)故障診斷過(guò)程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，會(huì)影響輸入級(jí)故障診斷可靠性與準(zhǔn)確性。

由于直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)價(jià)格昂貴，一般無(wú)法進(jìn)行高速重載輸入級(jí)地面故障模擬試驗(yàn)，且地面實(shí)驗(yàn)平臺(tái)也很難完全模擬直升機(jī)空中飛行工況與環(huán)境條件。考慮到直升機(jī)飛行安全性，更不允許開展直升機(jī)飛行過(guò)程中輸入級(jí)故障模擬試驗(yàn)。而現(xiàn)有的新型直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)故障情況很少發(fā)生，導(dǎo)致高速重載輸入級(jí)的正常模式樣本數(shù)據(jù)多、不同的故障模式樣本數(shù)據(jù)很少甚至缺乏的現(xiàn)狀。這種不平衡樣本下高速重載輸入級(jí)故障診斷是迫切需要解決的難題。

本發(fā)明結(jié)合深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及兩個(gè)階段的遷移學(xué)習(xí)，利用遷移學(xué)習(xí)擴(kuò)充高速重載輸入級(jí)故障數(shù)據(jù)樣本集，解決了非均衡樣本下高速重載輸入級(jí)故障診斷問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種非均衡樣本下高速重載輸入級(jí)故障診斷方法，通過(guò)利用低轉(zhuǎn)速齒輪箱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，獲得不同模擬故障(如齒輪磨損、裂紋、粘結(jié)、點(diǎn)蝕等)的低轉(zhuǎn)速齒輪箱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)狀態(tài)監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)，計(jì)算獲得不同故障模式的低轉(zhuǎn)速齒輪箱低速故障頻譜數(shù)據(jù)；把低速故障頻譜數(shù)據(jù)遷移到高速故障模式，通過(guò)頻譜搬移方法獲得不同故障模式的高速齒輪箱故障頻譜數(shù)據(jù)；把高速齒輪箱故障頻譜數(shù)據(jù)遷移到直升機(jī)高速重載輸入級(jí)齒輪箱故障模式，得到不同故障模式的高速重載輸入級(jí)故障頻譜數(shù)據(jù)；利用兩次遷移得到的這些高速重載輸入級(jí)故障頻譜數(shù)據(jù)和正常模式下高速重載輸入級(jí)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)頻譜數(shù)據(jù)，對(duì)深度堆棧去噪自動(dòng)編碼器SDAE進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練，再利用高速重載輸入級(jí)實(shí)際運(yùn)行時(shí)少量故障樣本數(shù)據(jù)對(duì)SDAE進(jìn)行精細(xì)微調(diào)；把訓(xùn)練好的SDAE用于直升機(jī)高速重載輸入級(jí)振動(dòng)信號(hào)自動(dòng)特征提取與故障分類。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的非均衡樣本下高速重載輸入級(jí)故障診斷方法，具體包括以下步驟：