基于改进BP神经网络的主轴伺服系统故障诊断研究.pdf

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1、设备设计／诊断维修／再制造现代制造工程(ModernManufacturingEngineering)2012年第10期基于改进BP神经网络的主轴伺服系统故障诊断研究杜晋1，陆宝春2，卫玉芬1，张承阳1(1扬州职业大学机械工程学院，扬州225009；2南京理工大学机械工程学院，南京210094)摘要：针对数控机床主轴伺服系统的故障特点，建立了故障模型，确定了故障现象、故障原因样本集，并采用基于1．一M算法的改进BP神经网络实现了对主轴伺服系统的故障诊断?仿真及试验结果表明，该诊断方法是行之有效的。，关键词：主轴伺服系统；故障诊断；L—

2、M算法；BP神经网络中图分类号：TP391．7文献标志码：A文章编号：1671—3133(2012)10卅139—04Theresearchoffaultdiagnosisbased．onBPneuralnetworkforspindleservosystemDuJin1，LuBaochun2，WciYufen1，ZhangChengyan91(1Dept．ofMechanicalEngineering，YangzhouPolytechnicCollege，Yangzhou225009，Jiangsu，China；2Dept．ofMe

3、chanicalEngineering，NanjingUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210094，China)Abstract：ThefaultmodelisestablishedaccordingtothefauItfeaturesofspindleservosystem．andthefaultsmnplesarealsosummedup，afaultdiagnosisapproachforspindlesenrosystembasedOilLevenberg—Marquardt(L

4、-M)algorithmofimprovedBPneuralnetworkisapplied，simulatedwithMATLAB，theresultsshowthevalidityofthefaultdiagnosissystem．Keywords：spindleservosystem；tauhdiagnosis；Levenberg—Marquardt(L—M)algorithm；BPnellralnetwork1主轴伺服系统故障模型的建立主轴伺服系统七种故障现象主轴伺服系统七种敝障原因根据数控机床主轴伺服系统常见的七种故障现象及

5、故障原因⋯建立故障模型。主轴伺服系统七种故障现象：1)主轴转速随机波动；2)主轴电动机过热；3)主轴定位抖动；4)主轴转速与进给不匹配；5)转速偏离指令值；6)噪声及振动；7)主轴电动机不转。主轴伺服系统七种故障原因：1)屏蔽和接地故障；2)切削量过大，操作故障；3)参数设置故障；4)主轴编码器故障；5)丰轴电动机过载故障；6)主轴驱动装置故障；7)主轴机械故障。根据对主轴伺服系统的故障分析可知，上述七对故障现象、原因之间没有线性关系，故障现象与故障原因之间的关系较复杂，具有较强的耦合性-zJ，它们之问的关系如图1和图2所示。2故障诊

6、断系统的设计2．1BP神经网络的结构RobertHeaht—Nielson¨j于1989年证明了对于任何在闭区问的一个连续函数都可以用单隐层的BP神经网络去逼近。因此，利用一个单隐层的三层BP神经网络可以完成任意的／3,维到m维的映射。主轴转速随机波动主轴电动机过热主轴定位抖动屏蔽和接地故障切削量过火，操作故障参数设置故障主轴转速与进给不匹配卜——妥*3弋。刊i：轴编码器故障转速偏离指令值噪声及振动主轴电动机不转主轴电动机过载故障主轴驱动装置故障主轴机械故障图1单故障现象一多故障原因对应关系2。1．1输入和输出层的设计BP神经网络的输

7、入、输出节点数是根据实际问题的需要来确定的。通常，输入节点的数目与故障现象(征兆)相对应；输出节点的数目与故障原因相对应。本文针对数控机床主轴伺服系统故障特点，选取七个具有代表性的主轴伺服系统故障现象构成输入层，即：P，为主轴转速随机波动；P2为主轴电动机过热；P3为主轴定位抖动；P。为主轴转速与进给不匹配；只为转速偏离1392012年第10期现代制造工程(ModernManufacturingEngineering)主轴伺服系统七种故障现象主轴伺服系统七种故障原因图2单故障原因一多故障现象对应关系指令值；P6为噪声及振动；岛为主轴电

8、动机不转。相对应的七个具有代表性的故障原因构成输出层，即：瓦为屏蔽和接地故障；疋为切削量过大，操作故障；正为参数设置故障；r4为主轴编码器故障；瓦为主轴电动机过载故障；瓦为主轴驱动装置故障；乙为主轴机械故障心1。2．1．