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自动化学报 2014年第9期40卷 1889-1895页

作者：李鑫吕琛王自力陶小创北京航空航天大学可靠性与系统工程学院北京100191 可靠性与环境工程技术重点实验室北京100191 北京电子工程总体研究所北京100854

为了更加精确地在设备退化过程中对其健康状态进行预测,本文深入研究了设备处于不同健康状态时的数据特点,针对现有单一预测方法的特点与不足,引入了退化模式的划分方法,并对不同的预测模型与退化模式的关系进行分析.进而建立"模式–模... 详细信息

为了更加精确地在设备退化过程中对其健康状态进行预测,本文深入研究了设备处于不同健康状态时的数据特点,针对现有单一预测方法的特点与不足,引入了退化模式的划分方法,并对不同的预测模型与退化模式的关系进行分析.进而建立"模式–模型"关联表,并通过关联表优选预测模型,实现了考虑退化模式动态转移的健康状态自适应预测以及剩余寿命估计.最后,以滚动轴承实验为实例,对该轴承进行了健康状态预测与剩余寿命估计.实验结果表明本方法较精确地预测了轴承的剩余寿命,证明了方法的有效性.

关键词：退化模式动态转移健康评估自适应预测剩余寿命估计

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基于自适应过滤法的永磁同步电机轴承剩余寿命评估方法研究

基于自适应过滤法的永磁同步电机轴承剩余寿命评估方法研究

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作者：黄晓诚浙江理工大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(PMSM)因为效率高、力矩惯量比大、伺服性能好等优点被广泛用于机床数控系统。轴承失效是PMSM的主要故障模式,会导致数控机床突发性停工停产。作为机床数控系统伺服驱动电机使用时,PMSM轴伸端通过联轴器联接外部转矩负荷,... 详细信息

永磁同步电机(PMSM)因为效率高、力矩惯量比大、伺服性能好等优点被广泛用于机床数控系统。轴承失效是PMSM的主要故障模式,会导致数控机床突发性停工停产。作为机床数控系统伺服驱动电机使用时,PMSM轴伸端通过联轴器联接外部转矩负荷,轴承负载小、故障时产生的振动冲击微弱,状态特征难以提取。现有的轴承状态指标对PMSM轴承早期微弱故障的状态表征能力较弱,用于预测该轴承状态和评估该轴承剩余寿命时的准确率偏低。因此,本文针对机床进给系统中的PMSM轴承剩余寿命评估方法进行研究,为实现数控系统的视情维修、提升国产数控机床的可用性提供技术支撑。主要研究工作和取得的成果如下:首先,介绍了选题背景和意义,综述了电机轴承状态指标、特征提取方法和故障预测的国内外研究现状,总结了PMSM轴承剩余寿命评估存在的问题。其次,结合目前较为先进的变分模态分解(VMD)方法的工作原理和不等式约束条件下平面区域的极值求解方法,提出了一种基于KKT(Karush-Kuhn-Tucker)方法对VMD的模态分解数K和惩罚系数α进行组合优化的方法;并基于L范数融合轴承故障及其关联故障的频域特征,构建了一种VMD参数优化准则,形成了一种特征提取技术。通过设计仿真信号,验证了所提方法和技术的有效性与先进性。然后,通过动力学建模分析的方法,分析了机床进给系统中的PMSM轴承的工作载荷和故障效应,确定了PMSM轴承的状态表征参数;基于最大化保留PMSM轴承状态信息的需要,通过归一化方法融合PMSM轴承的状态表征参数构建了一个PMSM轴承状态指标集合;基于量化表征PMSM轴承性能退化程度和故障程度的需要,利用L范数融合指标集合中的PMSM轴承状态信息构建了一种PMSM轴承状态数值指标。通过设计实验,验证了所提PMSM轴承状态指标集合和数值指标的有效性和先进性。最后,通过设计PMSM轴承性能加速退化装置,采集了大约两年的PMSM轴承性能退化数据;基于已有的数据,通过将PMSM轴承状态指标集合和状态数值指标输入广义回归神经网络模型进行训练,构建出一种PMSM轴承状态指标预测模型;并基于自适应过滤法,提出一种自适应评估PMSM轴承剩余寿命的方法。通过试验验证了所提预测模型训练方法和寿命评估方法的有效性。

关键词：永磁同步电机滚珠轴承特征提取技术故障预测剩余寿命估计

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故障诊断研究及其在航天器中的应用

故障诊断研究及其在航天器中的应用

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作者：刘磊西安理工大学

学位级别：硕士

航天器已成为国防建设与国民经济发展不可或缺的一部分。如何提高航天器可靠性、安全性,降低失效事件发生的风险已成为国内外相关领域人员关注的热点。本文研究了航天器故障诊断、预测和健康管理（Diagnosis,Prognosis and Heath Manage... 详细信息

航天器已成为国防建设与国民经济发展不可或缺的一部分。如何提高航天器可靠性、安全性,降低失效事件发生的风险已成为国内外相关领域人员关注的热点。本文研究了航天器故障诊断、预测和健康管理（Diagnosis,Prognosis and Heath Management,DPHM）方法,具体研究内容如下:对于设备突变故障,设计了基于卡尔曼滤波的自适应观测器的诊断方法。该观测器能够对系统状态以及故障参数进行实时、准确的联合估计。根据系统状态误差的阈值检测,确定其是否发生故障。相对于传统自适应观测器,本方法简单、实用,可对系统状态和故障参数进行准确地估计。针对设备性能退化而引起的缓变故障,利用基于退化过程的剩余寿命估计方法对故障发生时间进行预测。考虑到符合自然界真实情况的性能退化模型为非线性模型,本文使用具有非单调退化过程这一随机过程进行退化建模。通过首达时间分布推导出设备的剩余寿命估计。最后,使用惯性导航平台陀螺仪的真实监测数据对本方法进行了仿真研究,验证了本方法合理可行。为将DPHM方法应用到工程之中,本文以故障树分析法这一图形演绎的方法为基础,开发了“航天器故障分析与辅助决策系统”软件。软件包含数据处理与故障树分析功能,并根据系统分析结果输出系统可靠性报告,为系统健康管理提供了有效的技术支持。通过软件对航天器滑油系统故障进行分析,说明了软件的实用性。

关键词：故障诊断卡尔曼滤波自适应观测器剩余寿命估计故障树

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基于安全监测的水库岸坡故障预测与健康评价研究

基于安全监测的水库岸坡故障预测与健康评价研究

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作者：李明合肥工业大学

学位级别：硕士

岸坡稳定是影响水库安全的重要因素之一,其安全性、稳定性关乎库区发电、航运、灌溉等功能的运行,为保证库区长期稳定安全的运营,对水库岸坡进行故障预测、剩余寿命估计以及健康状态的评价有重大意义。水库岸坡受库水位涨落、降雨、地... 详细信息

岸坡稳定是影响水库安全的重要因素之一,其安全性、稳定性关乎库区发电、航运、灌溉等功能的运行,为保证库区长期稳定安全的运营,对水库岸坡进行故障预测、剩余寿命估计以及健康状态的评价有重大意义。水库岸坡受库水位涨落、降雨、地下水位、地震、人类活动的干扰作用,其安全状态较为复杂,且岸坡一旦发生失稳破坏,所带来的直接灾害和次生灾害非常严重,本文将先进的故障预测与健康管理技术引进水库岸坡中,建立岸坡PHM技术框架,实现岸坡的故障预测、剩余寿命估计以及健康状态评价,为岸坡的健康管理和自主式视情维修奠定基础。本文首先详细介绍了水库岸坡安全状态的特点,分析了安全监测对于岸坡的重要性,根据PHM系统结构设计方法,结合水库岸坡自身特点,构建岸坡PHM系统框架,分析其中各模块的作用;其次,着重介绍了故障预测技术的发展以及常用的模型方法,详细介绍了利用BP神经网络进行位移预测的步骤,为实现岸坡故障预测,选取位移变形速率和变形加速度为失效依据,结合位移预测值,对岸坡进行故障预测;为从多角度反映岸坡的状态,本文构建了岸坡剩余寿命预测模块,阐述了剩余寿命的概念以及剩余寿命估计的主要方法,考虑到岸坡在外界环境影响下自身退化情况的随机性,重点阐述了维纳过程以及退化建模的过程,并利用首达时服从逆高斯分布的概念定义了岸坡的寿命,利用极大似然法对参数估计得到岸坡寿命的概率密度函数解析式,并采用平均剩余寿命的概念对岸坡的平均剩余寿命进行估计;为考虑多种因素影响下的水库岸坡处于何种状态,采用模糊综合评价的方法对岸坡的健康状态进行评价,确定了岸坡的评价因素集以及评判等级,利用模糊统计法、隶属度函数和层次分析法分别确定各评判因素对应健康等级的隶属度以及所占权重,对岸坡历史时段和未来时段内的健康状态进行评价。通过对岸坡故障预测、剩余寿命以及健康评价技术的研究,验证了水库岸坡PHM系统实现的可行性,并结合实际情况,实现了岸坡PHM系统框架和主要功能,为最终实现岸坡的健康管理提供了依据。

关键词：水库岸坡 PHM 故障预测剩余寿命估计健康评价

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