基于全矢譜的設備故障預測方法研究.pdf

1、機械設備在運行的過程中，由于不同原因會出現(xiàn)各式各樣的故障，這些故障輕則影響運轉(zhuǎn)，重責造成重大事故，帶來嚴重的經(jīng)濟損失。正確的故障預測能夠提醒設備管理人員提前采取措施，避免事故的發(fā)生，為設備安全高效地運行提供技術(shù)保障。當前的預測研究仍以單一參數(shù)的數(shù)值預測為主，并不能通過預測對可能發(fā)生的故障的性質(zhì)和部位做出判斷。本文以大型旋轉(zhuǎn)機械為研究對象，針對現(xiàn)有故障預測中存在的不足，從信息融合、數(shù)據(jù)采集、預測建模、產(chǎn)品開發(fā)等多個方面對基于全矢譜的故障預

2、測方法進行研究。解決了傳統(tǒng)預測方法無法預測故障性質(zhì)和部位的問題，利用振動大數(shù)據(jù)進行設備健康預警和評價，為預測技術(shù)的推廣應用提供了基礎保障。論文所做的主要研究工作和取得的成果如下:
　　(1)研究了基于全矢信息融合的設備故障預測方法，闡述并構(gòu)建了一維全矢振動強度預測模型(FVMP)，二維全矢頻譜結(jié)構(gòu)預測模型(FVSP)和設備故障多維預測模型(FVEP)。在分析全矢譜技術(shù)的基本原理、方法和數(shù)值計算的基礎上建立的預測模型，能夠克服傳統(tǒng)測

3、試方法得到的數(shù)據(jù)反映的設備振動特征不夠全面的問題，根據(jù)全矢融合后的振動信號，預測頻譜結(jié)構(gòu)的變化，判斷故障性質(zhì)并評價設備健康狀態(tài);
　　(2)研究了全矢數(shù)據(jù)采集和特征提取方法。分析設計了支持全矢融合的數(shù)據(jù)采集電路和采樣控制策略，并在電廠設備上，驗證了全矢數(shù)據(jù)采集的正確性和可靠性;提出并定義了虛擬傳感器的概念，虛擬傳感器為邏輯上存在的一個傳感器，其輸出為同源兩傳感器信號融合后的結(jié)果;研究表明，在轉(zhuǎn)子同一截面上的信號，靠單一傳感器數(shù)據(jù)得

4、出的診斷結(jié)論是片面的，全矢融合后的數(shù)據(jù)能夠全面的反映設備運行狀態(tài)，其頻譜結(jié)構(gòu)和特征值具有唯一性，可用于振動強度和頻譜結(jié)構(gòu)的預測。
　　(3)研究了全矢自回歸時序預測模型(FAR)。FAR預測模型將全矢譜信息融合技術(shù)與AR模型分析方法相結(jié)合。對建模步驟、模型識別、參數(shù)估計和遞推計算進行了理論研究和數(shù)據(jù)驗證。FAR模型能夠很好的用于平穩(wěn)時序數(shù)據(jù)的趨勢預測，也為振動強度、故障性質(zhì)、設備狀態(tài)的預測提供了一種行之有效的方法;但對于非平穩(wěn)的運

5、行過程，利用AR預測誤差較大，有一定的局限性。
　　(4)研究了全矢灰色預測模型(FGM)。FGM預測模型以全矢譜同源信息融合為基礎，結(jié)合灰色理論，既保證了預測數(shù)據(jù)的可靠性，又實現(xiàn)了對小樣本的趨勢項數(shù)據(jù)的預測能力;全矢灰色模型包括全矢GM(1，1)和全矢MGM(1，m)兩種，全矢MGM(1，m)是對GM(1，1)模型在m元變量下的拓廣。研究表明，全矢灰色模型對于“小樣本”、單調(diào)增長序列具有很好的預測效果，能夠進行振動幅值和頻譜結(jié)構(gòu)

6、的預測。
　　(5)研究了全矢綜合預測模型(FVCP)和基于全矢譜的大數(shù)據(jù)預警(FVEW)。FVCP全矢綜合預測模型將全矢FAR模型與全矢FGM模型有機結(jié)合起來。利用經(jīng)驗模態(tài)分解(EMD)分離出數(shù)據(jù)序列中的隨機項和趨勢項，分別送入FAR模型和FGM模型進行預測，并將結(jié)果進行有機整合。FVCP模型充分利用了兩種數(shù)值預測模型的優(yōu)點，研究表明，F(xiàn)VCP全矢綜合預測模型兼顧振動信號隨機性和趨勢性的特點，具有更好的適用性。
　　基于全

7、矢譜的大數(shù)據(jù)預警從海量歷史數(shù)據(jù)中提取振動特征，并預測這些特征的變化趨勢，根據(jù)預測得到的各個全矢振動特征值，結(jié)合設備運轉(zhuǎn)過程中的其它如溫度、電流等工藝過程參數(shù)，依據(jù)模糊產(chǎn)生式規(guī)則，做出基于大數(shù)據(jù)的設備健康評價和故障預警，可以更好的指導維修決策。
　　(6)總結(jié)了研究的全矢故障預測技術(shù)，開發(fā)了基于全矢故障預測的相關(guān)軟硬件產(chǎn)品，并應用于工程實踐。開發(fā)的SDC系列智能數(shù)據(jù)采集器，其數(shù)據(jù)采集遵循全矢譜分析技術(shù)對數(shù)據(jù)的要求，支持基于全矢譜技術(shù)