[发明专利]基于频响函数和运行响应特征诊断复杂装置早期故障的方法

说明书

本发明公开了一种基于频响函数和运行响应特征诊断复杂装置早期故障的方法，涉及复杂机电系统故障诊断领域，具体步骤为：初选各频响函数的激励和响应测试点；测试典型复杂装置多个频响函数，找出故障特征变化，优化最佳测试点；根据力锤激励的有效频率范围设置信号采样频率，分别实施现场频响函数和运行状态响应特征的测试并进行关联，在频域内完成相关性分析，给出时频域特征参数；做相对熵与深度学习网络相结合的早期故障分类识别；本发明可以在复杂装置安装过程级运行中进行质量性能监测和调整，及早发现质量性能问题和故障隐患，提高诊断精度；可广泛用于复杂装置主要构件由于性能劣化引起早期故障的在线诊断。

技术领域

本发明涉及复杂机电系统故障诊断技术领域，尤其涉及一种基于频响函数和运行响应特征诊断复杂装置早期故障的方法。

背景技术

工程实际中有很多种类的复杂机电一体化装置，包括飞机、舰船和坦克车辆中的动力与传动装置，火炮等武器发射的自动供输弹系统，高空无人侦察机系统，卫星自动展开系统，石化、电力、核动力与化工生产中的压缩机、泵阀系统，钢铁制造中的型材自动轧制系统，在复杂机电系统中，既有电（液）动力驱动装置，也有完成具体任务的执行机构，中间还有复杂传动装置。其共同特征是在复杂装置中包含有众多的构件，经过多种装配形式组合到一起进而在恶劣环境下完成特定的复杂运动，不但有复杂构件相互运动，还有检测元件反馈运行状态信息，并有计算机软硬件实现自动控制。

各构件在执行任务过程中，通常处在高冲击瞬态环境中做高速运动，具有恶劣的冲击振动产生，产生结构构件的早期磨损、松动、裂纹与卡滞性故障，它们是复杂装置性能失效的主要因素，由于系统在恶劣环境中高速自主运行，将成为风险较大的关键因素。以高速碰撞、高温高压为外激励背景对复杂机电装置进行早期故障预测研究可应对潜在的各种风险。

复杂机电一体化装置通常都是国民经济中大型复杂运行系统的心脏和主动脉，其运行安全可靠影响到系统及整条生产线的正常工作、项目完成甚至工作人员生命安全与生存，是复杂运行系统保证安全的重心，不但要满足系统自动安全运行，适应复杂环境所带来高温高压、高冲击振动的影响，还要考虑狭窄空间要求、运行性能、可靠性和可维护性等多项性能指标。

故障早期诊断技术是复杂机电一体化系统运行支持技术的一部分，故障早期诊断技术的研究对复杂装置的安全性和经济性有着特殊的意义，不但能够增强复杂装置的安全性能，也能减少操作人员误操作以及突发故障的概率。

发明内容

本发明克服了现有监测诊断技术普遍存在的指向性不足和故障不易定性定量的不足，提供了一种基于频响函数和运行响应特征诊断复杂装置早期故障的方法，解决复杂机电一体化系统性能劣化和故障早期诊断中存在的诊断精度不够高等技术问题。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

所述的复杂装置包括诸多构件经过多种装配形式组合到一起进而在恶劣环境下完成特定复杂运动的装置，一种基于频响函数和响应特征诊断复杂装置早期故障的方法包括以下步骤。

a）在分析研究典型复杂装置主要磨损、松动、裂纹与卡滞性故障的形式和部位的基础上，将冲击激励传感器和振动响应传感器设置在可能出故障部位的两端，初选各频响函数的激励和响应测试点。激励和响应测点跨越容易出故障的部位，可感受到各构件的主要早期磨损、松动、裂纹与卡滞性故障，频响函数曲线中含有各故障产生的信息。

b）实验室条件下测试典型复杂装置多个频响函数，分析各频响函数曲线的峰值、频率、损耗因子及分布规律特征，找出主要磨损、松动、裂纹与卡滞性故障情况的特征变化，并从中优化出装置运行状态进行响应测试的最佳测试点。

c）根据力锤激励的有效频率范围设置信号采样频率，分别实施现场频响函数和运行状态响应特征的测试。

d）将现场测试的各频响函数曲线和运行状态相同响应点测试的频域曲线进行关联，在频域内完成相关性分析，给出对应主要故障的运行状态响应的时频域特征参数。