故障诊断--设备工况下的信息分析研究

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1、故障诊断一设备工况下的信息分析研究故障诊断一设备丁况下的信息分析研究摘要：文章阐述了机械设备丁况状态信息检测与故障诊断系统中，对工况状态特征信息的分析方法一时域分析方法，频域分析方法，联合时-频分析方法等多种信号处理方法的特征分析特点及特殊信号、振动信号的分析和应用。关键字：状态监测；故障诊断；特征分析；研究0前言随着计算机技术、网络通信技术、智能信息技术、H动控制技术及虚拟仪器技术的发展和深化，生产设备或系统日趋复朵化、智能化、网络化和系统集成化，用户生产对设备或系统的口J靠性、安全性、使川技术服务提出了更高的要求。设备制

2、造商在新产品的设计开发中，不仅要实现功能和性能要求,进行技术创新，而冃还要对产品的生产使用过程提供现代化的设备信息技术服务，实行终生保修。如制造业屮的人型数控设备，化工企业的数字化工艺装备等是技术含量和复杂度较高产甜，其在使用过程中的数字化技术服务支持和维护水平往往是产品是否具有市场竟争力的关键因索之一,这促使设备制造商或数字系统开发者由单一制造型向制造、服务型转变，刈此类产品加入状态监测、故障诊断和维护功能。设备或系统的管理、维修提出了按实际运行状态进行主动预知维修和预知管理，取代传统的按计划定期维修方式。另外，工况监测与

3、故障诊断技术的研究对预防事故发生，防止设备的精度下降，最大限度发挥设备运行潜力和效益具有重要的实用价值。机械设备状态监测与故障诊断的过程可从纵向分为检测层、分析层、诊断层3个层次，如图1所示。主要内容为：（1）根据设备的类型和工况，选杼介适的传感器，测取与设备状态有关的信号；（2）从状态信号中提取与设备运行状态有关的、对状态变化最敏感的特征量（征兆）；（3）根据特征量构造判据，作为对工况状态进行分类的原则；（4）根据判据和设备的实际运行情况作出止确的判断，并进一•步分析其状态及发展趋势如故障的部位、类型、原因和趋势；（5）作

4、出评价和决策，包括控制、自诊治、调整、维修、继续监测等措施。工况状态信号是反映设备运行状态正常与否的信号载体，能否正确选择并完整地检测到能敏感地反映设备的工况状态变化的特征信号是诊断能否可靠成功的前提。故障诊断系统的其它环节都是建立在正确的信号检测方法之上。対基于网络的远程监控系统，现场实时信息的白动检测、采集、存储和处理也是整个系统的基础和起点。工况检测层的核心和主体由计算机数据采集系统构成，目前工况信1息数据采集系统的结构形式主要有两种，一种是微型机算计数据采集系统，另一种是集散型数据采集系统。分析层的主要任务是从工况状

5、态信号小提取与设备运行状态有关的、对状态变化最敏感的特征量（征兆），为工况状态及故障分类捉供特征量并构造判据。工况状态如机器运行中轴的偏移、轴承的磨损量、齿轮裂纹深度及扩展趋势等不可能直接从传感器拾取的信号中获取，而需借助该各种间接分析方法和数学工具才能判断设备状态正常与否。信号的时域分析、频谱分析、振动模态分析是工况监测与故障诊断中传统的常用方法。1设备工况状态监测与故障诊断屮的特征信息分析方法按故障诊断过程所川理论的特点nJ将诊断大致分为基于解析模型的诊断方法，基于信号处理的诊断方法及基于知识的诊断方法。基于信号处理及特

6、征提取的方法可克服不宵接建立涉及诊断对彖动态模型的困难，原理上乂适用于线性系统和非线性系统，是一种被广泛采用的方法。利用信号分析与处理领域的研究方法如相关分析、频谱分析、高阶统计量、传递两数分析和自回归滑动平均过程、小波变换等，对工况监测信号进行加工变换，提取出能识別设备运行状态、对故障诊断有用的特征量。设备或系统的振动、噪音、温度、压力、流量、位移等物理量通过传感器变成电信号输入到计算机系统，这些源信号很难直接反映出信号和系统的特征，必须采用一定的方法对其进行变换和处理，获得对设备工况故障征兆敏感的特征量。tl前在工况检测

7、和故障诊断中应用的信号处理方法有：时域分析、频域分析、联合时-频域分布、空域采样和转速跟踪及近几年来分形几何屮的关联维数方法等。在上述各种方法屮，都是运川现代信号分析和数据处理方法将采样时间序列转为能够表达工况状态的特征量，通过特征分析，找到工况与特征量Z间的关系，把反映故障征兆的特征信息和与故障无关的特征信息分离开。用作特征分析的方法有：时序分析、相关分析、传送函数分析、频谱分析，例谱、包络、小包分析、时-频联合分布等方法。理论上各种方法都可得到多个表达系统动态行为的特征量，实际具体研究和应用屮，需要根据具体的监测对彖，选

8、择合适的检测信号和检测部位,捉取对故障最为敏感、规律性强，状态识别时实时性强，占内存小，计算速度快的主特征量，才能使开发和研制的故障诊断系统具有针对性、准确性和实用性。(1)信号时域分析方法可用于工况状态监测捉取信号特征参数的方法冇：时域分析方法——时间序列模型(ARMA模型、AR(n)模