[發(fā)明專(zhuān)利]一種齒輪箱軸承剩余壽命的預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110461409.3
• 申請(qǐng)日: 2021-04-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113255209B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江國(guó)乾;周文達(dá);謝平;李小俚;趙小川;李英偉;李陳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/27
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/27;G01M13/045;G06N3/04;G06N3/08;G06F119/04
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張建

本發(fā)明公開(kāi)了一種齒輪箱軸承剩余壽命的預(yù)測(cè)方法，利用加速度傳感器采集齒輪箱軸承的多通道振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)電流鉗從發(fā)電機(jī)輸出端獲取多通道定子電流信號(hào)，得到原始的多通道振動(dòng)信號(hào)和多通道定子電流信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理；設(shè)計(jì)卷積網(wǎng)絡(luò)空間特征提取模塊，分別提取振動(dòng)信號(hào)和電流信號(hào)的空間特征，并在通道維度上進(jìn)行拼接；設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)加權(quán)融合層，融合振動(dòng)信號(hào)和電流信號(hào)的空間特征；再通過(guò)雙向長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)從融合后的時(shí)序特征向量序列中提取時(shí)序特征，最后通過(guò)回歸層對(duì)軸承的剩余壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。本發(fā)明能夠自適應(yīng)學(xué)習(xí)并動(dòng)態(tài)融合振動(dòng)和電流之間時(shí)空關(guān)聯(lián)特征信息，提高了退化特征提取能力和壽命預(yù)測(cè)精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱軸承剩余壽命預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種齒輪箱軸承剩余壽命的預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

齒輪箱是大型雙饋風(fēng)電機(jī)組的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)能量傳遞與轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。實(shí)際中，它既是風(fēng)電機(jī)組安全運(yùn)行的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，也是風(fēng)電機(jī)組高發(fā)故障的主要來(lái)源之一。齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，長(zhǎng)期工作在低速、重載、交變載荷作用以及強(qiáng)陣風(fēng)沖擊等復(fù)雜工況下，軸承等關(guān)鍵部件易發(fā)生磨損和性能退化，甚至演化成嚴(yán)重故障直至失效，如果不能及時(shí)處理軸承等關(guān)鍵部件的故障，將可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)停機(jī)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會(huì)影響。因此，開(kāi)展風(fēng)電齒輪箱健康監(jiān)測(cè)與壽命預(yù)測(cè)方法研究，并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)軸承等關(guān)鍵部件的剩余使用壽命(Remaining Useful Life,RUL)，可以為預(yù)知維修決策提供依據(jù)，防止維護(hù)過(guò)度和維護(hù)不及時(shí)的情況，對(duì)于降低維護(hù)成本，提高發(fā)電效益有著重要的意義和社會(huì)價(jià)值。

目前，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者針對(duì)風(fēng)電齒輪箱關(guān)鍵部件的壽命預(yù)測(cè)問(wèn)題開(kāi)展了大量的研究工作，概括起來(lái)所研究的剩余預(yù)測(cè)方法主要分為兩類(lèi)：基于模型的預(yù)測(cè)方法和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)方法。基于模型的預(yù)測(cè)方法需要大量的專(zhuān)家先驗(yàn)知識(shí)，且由于風(fēng)電齒輪箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障機(jī)理多樣，該方法需要做一些簡(jiǎn)化假設(shè)，預(yù)測(cè)精度受到限制，在實(shí)際應(yīng)用中也受到一定的局限性。基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的剩余壽命預(yù)測(cè)方法已成為當(dāng)前學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研究的熱點(diǎn)。

現(xiàn)有研究大多數(shù)只針對(duì)單一傳感器的單通道信號(hào)進(jìn)行部件退化特征的提取，沒(méi)有考慮到部件的退化是各部位耦合作用的結(jié)果，不同測(cè)點(diǎn)或類(lèi)型傳感器信息能為傳動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)評(píng)估提供給更為全面的信息空間。目前的基于多通道信號(hào)的軸承壽命預(yù)測(cè)研究?jī)H僅基于單一振動(dòng)進(jìn)行特征提取和退化狀態(tài)建模分析，沒(méi)有考慮到其他類(lèi)型如電流信號(hào)等傳感器，然而，僅僅依賴(lài)于單一類(lèi)型的傳感器信號(hào)不足以準(zhǔn)確描述系統(tǒng)的潛在退化機(jī)制，從而導(dǎo)致壽命預(yù)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供能夠有效的提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱軸承剩余壽命預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率，從而及時(shí)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱進(jìn)行處理和維護(hù)，避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)部件的深度傷害，保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的健康和延長(zhǎng)壽命的一種齒輪箱軸承剩余壽命的預(yù)測(cè)方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種齒輪箱軸承剩余壽命的預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟S1：利用加速度傳感器采集齒輪箱軸承的多通道振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)電流鉗從發(fā)電機(jī)輸出端獲取多通道定子電流信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理；

步驟S2：針對(duì)多通道振動(dòng)信號(hào)和多通道定子電流信號(hào)分別設(shè)計(jì)深度卷積網(wǎng)絡(luò)空間特征學(xué)習(xí)模塊，對(duì)每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行多傳感器特征的融合提取，得到多通道振動(dòng)信號(hào)和多通道定子電流信號(hào)的特征時(shí)序序列，并在通道維度上進(jìn)行拼接；

步驟S3：設(shè)計(jì)基于注意力機(jī)制的加權(quán)融合層，動(dòng)態(tài)加權(quán)融合特征；

步驟S4：將融合后的特征序列輸入到雙向長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)中，進(jìn)一步提取時(shí)間維度的特征，輸出多視角時(shí)空融合特征；

步驟S5：構(gòu)建Dense回歸層，將多視角時(shí)空融合特征輸入到Dense回歸層中，輸出得到齒輪箱軸承的剩余壽命預(yù)測(cè)結(jié)果。

本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟S1包括如下具體步驟：