[發(fā)明專利]一種基于摩擦信號遞歸特性的摩擦學(xué)狀態(tài)在線辨識方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011301798.5
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112525749B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫國棟;張超;張瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 揚州大學(xué)
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01H17/00;G06F17/11;G06F17/15;G06F17/18;G06F18/24
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務(wù)所(普通合伙) 32222
• 代理人: 許必元

本發(fā)明公開了一種基于摩擦信號遞歸特性的摩擦學(xué)狀態(tài)在線辨識方法，通過安裝在滑動摩擦磨損試驗機上夾具側(cè)邊的加速度傳感器采集摩擦磨損過程中的摩擦振動信號并表示為X=[x(1),x(2),…,x(t),…,x(n)]；對得到的摩擦振動信號進行非線性特征提取并提取信號的定量遞歸參數(shù)；對提取的定量遞歸參數(shù)進行特征提取，將處理得到降維后的特征參數(shù)集作為摩擦信號遞歸特性的表征量；建立特征參數(shù)集相對于摩擦控制參量的系統(tǒng)依賴性多項式擬合方程，并依靠自組織數(shù)據(jù)挖掘的非線性映射與數(shù)學(xué)建模能力，使多項式擬合方程能夠?qū)Σ煌刂茀⒘織l件下的摩擦振動信號遞歸特性參數(shù)進行預(yù)測；準(zhǔn)確辨識實測摩擦信號所處的摩擦磨損狀態(tài)。通過本發(fā)明，有效地監(jiān)測與辨識滑動摩擦副的摩擦學(xué)狀態(tài)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于摩擦信號遞歸特性的摩擦學(xué)狀態(tài)在線辨識方法，屬于摩擦學(xué)狀態(tài)辨識領(lǐng)域。

背景技術(shù)

磨損表面、摩擦信號及磨損過程中產(chǎn)生的磨粒(磨屑)都是摩擦學(xué)系統(tǒng)運行過程中的重要產(chǎn)物，是研究摩擦磨損問題的重要信息來源，也是評估摩擦副磨損狀態(tài)和摩擦學(xué)辨識的重要依據(jù)。然而對于連續(xù)運轉(zhuǎn)的機械設(shè)備而言，磨損表面形貌往往無法直接獲取；而磨粒的采集與分析同樣需要輔助以油液培育、制譜等步驟，無法滿足實時性的需求。因此，急需建立一種有效的基于摩擦信號的摩擦學(xué)狀態(tài)辨識方法，以實現(xiàn)在機器不停機、不拆卸的運行狀態(tài)下，充分運用可實時采集與測量的摩擦信號實現(xiàn)機械設(shè)備摩擦學(xué)狀態(tài)的在線定量辨識，達到狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷的目的，并有助于預(yù)防機械設(shè)備的損傷。前期的研究工作主要包括兩個方面：1)時頻分析法：通過監(jiān)測摩擦系統(tǒng)輸出信號在時域上的幅值大小或在頻域上的頻率分布來辨識摩擦副的運行狀態(tài)；2)非線性特征提取法：基于分形或混沌理論對摩擦信號進行非線性特性表征，通過摩擦信號重構(gòu)吸引子相軌跡及非線性特征參數(shù)預(yù)測摩擦副的運行狀態(tài)。

相較于時頻分析法，基于摩擦信號非線性特征參數(shù)的摩擦學(xué)狀態(tài)辨識方法主要依靠將采集到的單變量摩擦信號時間序列重構(gòu)，在高維相空間中重現(xiàn)摩擦磨損行為的復(fù)雜動力學(xué)特性，并利用吸引子相軌跡、關(guān)聯(lián)維數(shù)等特征對摩擦學(xué)狀態(tài)進行辨識。可以看出，非線性特征參數(shù)可有效地反映摩擦學(xué)行為隨磨損狀態(tài)的變化規(guī)律，從而對磨損狀態(tài)進行定量辨識。但關(guān)聯(lián)維數(shù)等傳統(tǒng)幾何不變量在表征過程中受到數(shù)據(jù)長度限制，難以滿足實時表征及監(jiān)測的需求；同時，傳統(tǒng)幾何不變量強烈依賴于無標(biāo)度區(qū)間的選擇，進而導(dǎo)致計算誤差，可能影響摩擦學(xué)狀態(tài)辨識結(jié)果。

為了克服傳統(tǒng)非線性特征參數(shù)的不足，一些研究人員提出了基于遞歸特性分析的摩擦信號非線性特征提取方法。主要包括摩擦信號預(yù)處理、遞歸特征提取及特征分類，其中，摩擦信號遞歸特征提取包括遞歸度、層狀度、分歧度等特征參數(shù)。此外，由于摩擦振動與系統(tǒng)運行狀態(tài)密切相關(guān)且測試用傳感器安裝方便，本專利選擇摩擦振動信號用于摩擦學(xué)狀態(tài)在線定量辨識。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種基于摩擦信號遞歸特性的摩擦學(xué)狀態(tài)在線定量辨識方法，不僅計算簡單、可靠性強，還能夠?qū)崿F(xiàn)摩擦學(xué)行為遞歸特性表征，為后續(xù)摩擦磨損過程的設(shè)計及主動控制提供理論依據(jù)及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種基于摩擦信號遞歸特性的摩擦學(xué)狀態(tài)在線定量辨識方法，步驟包括：

S1、開展摩擦磨損過程試驗，采集試驗過程中產(chǎn)生的摩擦振動信號序列表示為x＝[x(1),x(2),…,x(t),…,x(n)]，n表示信號長度；

S2、根據(jù)已建立的摩擦信號遞歸特征參數(shù)集，結(jié)合特征參數(shù)自組織預(yù)測模型與多項式擬合方程，預(yù)測對應(yīng)試驗條件下穩(wěn)定磨損階段的摩擦振動信號遞歸特征參數(shù)；

S3、對采集到的摩擦振動信號進行非線性特征提取，采用滑動窗口法將提取的具有非線性特性的信號劃分為多個連續(xù)的計算窗口，對各窗口內(nèi)的摩擦信號利用坐標(biāo)延遲法重構(gòu)得到摩擦信號的混沌吸引子，并提取對應(yīng)遞歸特征參數(shù)；

S4、對比分析特征參數(shù)實際計算結(jié)果與預(yù)測結(jié)果，結(jié)合特征參數(shù)自身變化規(guī)律對未知磨損狀態(tài)下的信號進行分類，以實現(xiàn)摩擦學(xué)狀態(tài)的在線辨識。