粒子滤波方法在转子典型故障诊断中的应用

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1、粒子滤波方法在转子典型故障诊断中的应用刘晓强荆建平李亚伟杨广振贾林上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海交通大学船舰设备噪声与振动控制技术国防重点学科实验室中国航发商用航空发动机有限责任公司摘要：转子的故障诊断是当前转子动力学的一个难点。针对这个问题，提出基于粒子滤波方法的转子典型故障诊断方法。针对Jeffcott转子建立不对中、裂纹和弯曲复合故障模型，并构建基于粒子滤波器的参数估计方程。通过在转子实验台上模拟故障对算法进行验证，结果表明:粒子滤波方法对于转子故障有较高的识别能力，可以诊断单一故障和多重故障。与传统的转子

2、故障诊断方法相比，它不依赖于经验和故障事例，同时可较精确地估计故障参数。关键词：振动与波;转子动力学;故障诊断;粒子滤波;参数估计;作者简介：刘晓强（1971-）,男，黑龙江省肇源市人，高级工程师，副总工程师。主要研究方向为汽轮机监测与控制。E-mail:liuxq@shanghai-electric.com作者简介：荆建平（1969-），男，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为振动噪声分析与控制。E-mail:jianpj@sjtu.edu.cn收稿日期：2017-04-17ApplicationofParticleFilterMethodtoTypic

3、alRotorFauItDiagnosisLIUXiao-qiangJINGJian—pingLIYa—weiYANGGuang-zhenJIALinShanghaiTurbineCompany,ShanghaiElectriePowerStationEquipmentCo.Ltd.;StateKeyLaboratoryofMechanicalSystemandVibration,ShanghaiJiaotongUniversity;AECCCommercialAircraftEngineCo.Ltd・;Abstract：Therotorfaultdiagnos

4、isisadifficultproblemofrotordynamics.Inthispaper,theParticleFilter(PF)basedmethodfortypicalrotorfaultdiagnosisisproposed.ThemodelforaJeffcottrotorwithmisalignmentfauIt,crackfaultandbendingfaultisbuilt.Basedonthemodel,thecquationforfaultparamctcrestimationissetupbasedonthePF.Viathefau

5、ltsimulationonBentlyrotor,itisprovedthatthisproposedmethodiseffectiveinbothsingleandmultiplefaultdiagnosis.Meanwhile,itcanestimatethefaultparametersprecisely.Keyword：vibrationandwave;rotordynoniics;foultdiagnosis;particlefilter;parameterestimation;Received：2017-04-17随着人们对旋转机械转速、效率的要求

6、越来越高，旋转机械正朝着高速、轻型、大功率、大载荷方向发展，这可能导致各种故障的发生，如果不能及时发现和处理，会使机械设备可靠性降低、失去生产功能，造成数百万、上千万的经济损失，甚至会导致机毁人亡的重大事故。当前对于转子故障的诊断基本是采用基于振动信号特征结合经验的诊断方法£11，如轨迹诊断法、频谱诊断等，这些方法往往包含过多人为的判断。近些年虽出现了一些智能诊断方法R1，如神经网络、专家系统等，但其诊断精度多依赖于大量的故障事例和故障数据，往往缺乏实际的可操作性固。而且，两种方法都很难诊断出复合故障。因此有必耍寻求一种更为强有力的方法对故障实施有效的诊断和防治

7、。粒子滤波是一种基于蒙特卡罗思想的非线性、非高斯系统滤波算法。它通过预测和更新来自于系统概率密度函数的采集，来近似非线性系统的贝叶斯估计，在处理非高斯、非线性时变系统的参数估计和状态滤波问题方面有独特的优势和广阔的前景。FI前粒子滤波在FI标定位与跟踪领域得到了深入研究，同时它在系统辨识、参数估计、自动控制以及动态系统中的故障诊断等领域也得到了广泛的应用。将粒子滤波方法应用到转子故障诊断中，不仅可以丰富转子故障诊断的手段,同吋可以提咼诊断能力。1转子模型以本特利转子（见图1）为研究对象，将其视为Jcffcott转子（见图2）。图1木特利转子下载原图图2Jeffc

8、ott转子下载原图转子的