机械设备故障诊断方法研究【会议论文】

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1、机械设备故障诊断方法研究邱海莲杜金洋（云南省机械研究设计院云南昆明650031）摘耍:随着现代机械设备H趋复杂与精密，故障的危害性愈加严重，故障诊断技术受到了高度重视。受技术进步和市场拓展的所重驱动，机械故障诊断方法止朝着多样化和智能化的方向发展。木文研究了机械故障诊断的三类技术方法:基于数学模型的方法、基于信号处理的方法和基于知识的方法，指明了三种方法的特点及适应场合，并探讨了机械故障诊断的思维方法。关健词:机械设备故障诊断技术方法思维方法故障诊断技术是近40多年來发展起來的一门新学科。它是适应工程实际需要而形成的

2、各学科交义的一门应用型的边缘综合学科，随着现代机械设备口趋大型化、复杂化、白动化和连续化的发展，设备一旦发牛故障，将给人民的生命财产安全造成难以估量的损失.因此开展故障诊断与状态预测技术研究具有重要的现实意义•近年來，由于传感器技术、信号处理技术以及现代测试技术等相关学科的发展，特别是电了计算机技术的吃速发展，为设备故障诊断捉供了极大的技术支持，一些新的方法和原理的不断出现，把故障诊断技术的研究不断推向前进，正逐步走向准确、方便、及时的轨道上来。木文就H前机械故障诊断研究的主要方法进行了分析。一、机械设备故障诊断技术

3、的研究内容与步骤故障检测与诊断的任务是当系统发生故障时能够及时发现并报警。当机械设备系统发生故障时，系统屮的各种量（可测的或不可测的咸它们的-部分表现出与止常状态吋不同的特性，这种差杲常包含着丰富的故障信息。如何找到这种故障的特征描述，并利用它来进行故障的检测与分离是故障诊断的主要工作。故障诊断过程包括特征提取、故障的分离与估计和故障评价与决策等儿个方面：（一）故障的特征提取:通过测量和一定的信息处理技术获収反映系统故障的特征描述的过程。表征系统故障的特征量可以是：1、可测的系统输入输出信息;2、不可测的状态变量;3

4、、不可测的模型参数向量;4、不可测的特征向量;5、人的经验知识。获取这些特征量的方法冇三种:直接观测和测量;参数估计、状态估计或滤波与重构;对测量值进行某种信息处理。（二）故障的分离与佔计:根据检测的故障特征确定系统是否出现故障及故障程度的过程。（三）故障的评价与决策:根拯故障分离与估计的结论对故障的危害及严重程度做出评价，进而做出是否停止任务进程以及是否需要维修更换的决策。二、冃前研究的主要技术方法近20年来，受技术进步和市场拓展的所重驱动，故障诊断技术迅速发展，产生了许多方法，可分为基于系统数学模型的故障诊断方法

5、、基于信号处理的方法和基于知识的方法三大类。（一）基于系统数学模型的故障诊断方法基于解析模型的方法时最早发展起來的故障诊断方法，此方法需要建立被诊断对象的较为精确的数学模型，需要与控制系统紧密结合，是监控、容错控制、系统修复和重构的前提；以现代控制理论和现代优化方法为指导，以系统的数学模型为基础，利用观测器（组）、等价空间方程、滤波器、参数模型估计和辨识等方法产生残差,然后基于某种准则或阈值对该残差进行评价和决策。这种方法进一步乂可分为参数估计方法，状态估计方法和等价空间法。1、状态估计方法状态估计方法就是通过将被诊

6、断対彖的可测信息和由模型表达的系统先骑信息进行比较，产生残差，并对残差进行分析和处理，从而实现故障诊断的技术[38]o其基本思想是：首先重构被控过程的状态，通过与可测变量比较构成残差序列，然后构造适当的模型，采用一些措施来增强残差序列中所包含的故障信息，抑制模型误差等非故障信息，并用统计检验法就对以检测出故障的发生。2、参数估计方法参数估计方法与状态估计方法不同，不需要计算残差序列，而是根据参数变化的统计特性来检测故障的发个。可以用于参数佔计的方法有最小二乘法、强跟踪滤波器法等。针对非线性系统模型的强跟踪滤波器方法是

7、这类方法的核心。同基于状态估计的方法相比，参数估计法更易于故障的定位与故障幅值的估计。基于模型故障诊断方法有以下优点：①实时性；②粘确性；③并发性。忖前存在的主要问题是检测算法的稳定性、敏感性以及实用性。（二）基于信号处理的方法基于信号处理的方法是利用信号模型，如相关换数、频谱、白回归滑动平均等，直接分析可测信号，提取方差、幅值、频率等特征值，从而检测故障的发生。其主要内容是统计分析、相关分析、频谱分析、小波分析和模态分析等，其理论基础是数理统计与随机过程。基于信号处理的方法可以分为：直接测量系统输入输出方法、基于小

8、波变换的方法、输出信号处理方法、信息匹配诊断方法、基于信息融合的方法、信息校核方法等。R前应川较多的是基于小波变换的方法利基于信息融合的方法。1、基于小波变换的诊断方法基于小波变换的故障诊断方法的基本思路是：对机械系统的输入输出信号进行小波变换，利用该变换求出输入输出信号的奇杲点，然后去除由于输入突变引起的极值点，则其余的极值点对应于系统的故障