基於信號傳播路徑的故障識別和定位方法研究

《基於信號傳播路徑的故障識別和定位方法研究》是依託杭州電子科技大學，由葉紅仙擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於信號傳播路徑的故障識別和定位方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：葉紅仙
• 依託單位：杭州電子科技大學

項目摘要

針對早期故障振動激勵的微弱性、振動信號傳播的畸變性以及多故障振動信號的耦合性等造成故障診斷困難的問題，從機械振動源信號動力學建模、振動傳播路徑的建模、感測器的布局和最佳化、故障源信號的識別和定位等幾個方面，研究基於信號傳播路徑的故障源信號的識別和定位方法。首先建立局部結構和整個機械系統的動力學模型，藉助於有限元，建立仿真模型，進行故障機理研究。然後通過試驗和理論相結合的方法，建立考慮了信號傳播路徑的整體機械系統動力學模型，並進行模型驗證。在此基礎上，以振動源信息獲取的準確性和完備性為目標，研究各類感測器的種類和測點的選擇依據，確定感測器布局、最佳化方案。最後研究考慮傳播路徑模型的的故障特徵提取方法，建立典型故障的特徵庫，進行故障源信號的識別和定位方法研究。本項目的研究有助於解決早期故障和多故障情況下機械系統的正確診斷問題，對於避免設備發生突發、嚴重的事故，具有重要的意義。

結題摘要

本項目進行了基於信號傳播路徑的故障識別和定位方法的研究。沿著機械振動的起源到故障的識別這一條主線，進行了振動源特性研究、振動源信號混合模型研究、故障源信號的識別和定位方法研究。 在對機械振動源特性分析的基礎上，進行了振動源信號在不同傳播模型下的振動源數估計方法研究。提出了一種基於FFT的源數估計方法，該方法可以解決機械振動源線上性混合模型下的源數估計問題，方法以觀測信號的頻譜特徵分布為依據，對源數估計的有效性和前提條件進行了分析。該方法在混合矩陣的列不成比例時，通過兩個觀測即可得到源數的正確估計。當混合矩陣的列成比例時，通過拓展觀測數以獲得不成比例的條件，即可進行正確的源數估計。為解決機械振動源在卷積混合模型下的源數估計問題，提出了一種複合EMD-SVD-DE的機械振動源信號數量估計方法，該方法套用EMD方法對振動觀測信號進行分解，獲得源信號的內在特徵振動形式；然後通過奇異值分解獲得反映源數信息的特徵值分布；再通過確定占優特徵值數目來確定振動源的數量。 對信號傳播模型在穩定載荷和變載荷情況下的機械系統動態過程進行了研究。在穩定載荷情況下，引入二階統計量的盲分離方法，進行機械振動源信號的辨識研究。算法利用單位時滯協方差矩陣計算白化矩陣，利用不同時滯協方差矩陣族的聯合近似對角化獲取矩陣族的平均特徵結構。算法可較好的分離出不同機械的振動信號。在信號傳播模型建模為卷積混合的情況下，提出一種卷積混合的非平穩機械振動信號盲分離算法。該算法以獨立性為評判準則，採用反向學習和實時解耦的方式，進行濾波器係數的學習和非平穩信號的估計。實驗表明了該算法對卷積混合下的非平穩信號的盲分離的有效性，算法可較好的分離出非平穩機械振動信號。 為進行故障源信號的識別和定位，提出了一種齒輪點蝕的多通道數據融合識別方法，採用非線性、非穩態過程分析的盲源分離方法、經驗模態方法獲取信號故障特徵參數，通過信號融合的方法辨識結構特徵參數，提取了齒輪點蝕故障的特徵。 在信號傳播路徑的識別研究過程中，實驗結果與理論模型分析得到的結果的出入比較大。原因在於以整個齒輪箱為研究對象，造成信號傳播路徑錯綜複雜，影響結果。課題組會在現有研究的基礎上，按照研究目標，從簡化研究對象著手，繼續深入研究，以期達到滿意的成果。 本項目的研究有助於解決早期故障和多故障情況下機械系統的正確診斷問題。