[發(fā)明專利]一種半潛船主推進(jìn)系統(tǒng)半監(jiān)督故障診斷方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011639968.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN112706901B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 洪曉斌;張斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B63B79/10
• 分類號(hào): B63B79/10;B63B79/30
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種半潛船主推進(jìn)系統(tǒng)半監(jiān)督故障診斷方法。所述方法包括以下步驟：利用不同傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)半潛船主推進(jìn)系統(tǒng)的狀態(tài)信號(hào)，獲取多傳感器監(jiān)測(cè)信號(hào)數(shù)據(jù)；利用卷積編碼網(wǎng)絡(luò)對(duì)多傳感器監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)降維，實(shí)現(xiàn)不同傳感器監(jiān)測(cè)信號(hào)維度對(duì)齊；利用變分自編碼網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)多傳感器監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行概率重構(gòu)，將重構(gòu)誤差作為當(dāng)前半潛船主推進(jìn)系統(tǒng)整體運(yùn)行狀態(tài)的故障程度指標(biāo)，當(dāng)指標(biāo)大于所設(shè)閾值時(shí)視為故障狀態(tài)。本發(fā)明僅利用正常狀態(tài)下的多傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)半潛船主推進(jìn)系統(tǒng)整體運(yùn)行狀態(tài)的異常狀態(tài)識(shí)別。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于故障診斷領(lǐng)域，具體涉及一種半潛船主推進(jìn)系統(tǒng)半監(jiān)督故障診斷方法。

背景技術(shù)

半潛船的主要用途是大件貨物及裝備的長距離運(yùn)送，因此其長距離航行中推進(jìn)系統(tǒng)的安全可靠性是半潛船服役的重要監(jiān)測(cè)指標(biāo)。對(duì)于采用常規(guī)軸系螺旋槳半潛船的推進(jìn)系統(tǒng)配置有主推進(jìn)系統(tǒng)、首部推機(jī)器以及尾部推進(jìn)器，其中主推進(jìn)系統(tǒng)包括推進(jìn)電機(jī)、減速齒輪箱、長軸系和定距槳。

半潛船推進(jìn)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)部件在高溫高壓的潮濕環(huán)境中長期服役，可能發(fā)生主軸系、軸承、齒輪等部件故障，對(duì)半潛船工作造成嚴(yán)重影響。當(dāng)前，半潛船推進(jìn)系統(tǒng)整體系統(tǒng)狀態(tài)的故障智能診斷仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。特別是在不同海況下，由于不同傳感器接收的損傷表征有所區(qū)別，如何綜合多傳感器融合診斷的問題尚未解決。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一，為此，本發(fā)明的目的在于提出一種針對(duì)半潛船推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的多傳感器半監(jiān)督診斷方法。根據(jù)服役過程中采集的半潛船推進(jìn)系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，本發(fā)明可以通過正常狀態(tài)的監(jiān)測(cè)信號(hào)完成監(jiān)測(cè)模型的參數(shù)訓(xùn)練，從而獲取推進(jìn)系統(tǒng)整體運(yùn)行狀態(tài)的異常狀態(tài)指標(biāo)。

本發(fā)明的目的至少通過如下技術(shù)方案之一實(shí)現(xiàn)。

一種半潛船主推進(jìn)系統(tǒng)半監(jiān)督故障診斷方法，包括以下步驟：

S1、利用不同傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)半潛船主推進(jìn)系統(tǒng)的狀態(tài)信號(hào)，獲取多傳感器監(jiān)測(cè)信號(hào)數(shù)據(jù)；

S2、利用卷積編碼網(wǎng)絡(luò)對(duì)多傳感器監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)降維，實(shí)現(xiàn)不同傳感器監(jiān)測(cè)信號(hào)維度對(duì)齊；

S3、利用變分自編碼網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)多傳感器監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行概率重構(gòu)，將重構(gòu)誤差作為當(dāng)前半潛船主推進(jìn)系統(tǒng)整體運(yùn)行狀態(tài)的故障程度指標(biāo)，當(dāng)指標(biāo)大于所設(shè)閾值時(shí)視為故障狀態(tài)。

進(jìn)一步地，步驟S1中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的半潛船主推進(jìn)系統(tǒng)的狀態(tài)信號(hào)包括推進(jìn)電機(jī)的振動(dòng)加速度信號(hào)、減速齒輪箱的振動(dòng)加速度信號(hào)、長軸系的轉(zhuǎn)速信號(hào)、推進(jìn)電機(jī)的溫度信號(hào)、減速齒輪箱的溫度信號(hào)、減速齒輪箱的油壓信號(hào)、推進(jìn)電機(jī)輸入及輸出的電壓、電流信號(hào)；獲取的多傳感器監(jiān)測(cè)信號(hào)需要進(jìn)行濾波降噪的信號(hào)預(yù)處理，隨后將其退化特征數(shù)據(jù)集作為變分自編碼網(wǎng)絡(luò)的輸入用以故障識(shí)別，將輸入信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)誤差作為當(dāng)前半潛船主推進(jìn)系統(tǒng)整體運(yùn)行狀態(tài)的故障程度指標(biāo)。

進(jìn)一步地，振動(dòng)加速度信號(hào)利用三向加速度傳感器分別在減速齒輪箱和推進(jìn)電機(jī)的殼體、基座、電機(jī)圓柱體表面、減速齒輪箱軸承座位置獲取，溫度信號(hào)通過非接觸式紅外測(cè)溫傳感器獲取，推進(jìn)電機(jī)輸入及輸出的電信號(hào)通過電流電壓傳感器獲取，長軸系轉(zhuǎn)速信號(hào)通過編碼器方式進(jìn)行采集。

進(jìn)一步地，對(duì)獲取的多傳感器監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)預(yù)處理，具體如下：

通過三層小波濾波對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行降噪處理，母小波采用morlet小波，降噪之后將所有信號(hào)歸一化至[-1,1]。

進(jìn)一步地，步驟S2中，通過卷積編碼網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同傳感器信號(hào)采集的半潛船推進(jìn)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)信號(hào)分別進(jìn)行重構(gòu)降維；卷積編碼網(wǎng)絡(luò)的最后一層卷積只使用一個(gè)卷積核，并在卷積之后加入全連接層，全連接層的單元節(jié)點(diǎn)數(shù)設(shè)置為R_d；在隱層表示中，所有傳感器的信號(hào)維度被壓縮為R_d，使得不同信號(hào)的維度對(duì)齊。

進(jìn)一步地，為了便于后續(xù)可視化特征分析，卷積過程需要保留各類傳感器監(jiān)測(cè)信號(hào)的變化趨勢(shì)；卷積過程采用Relu函數(shù)保留不同傳感器信號(hào)的基本波形特征：