對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的故障診斷方法及應(yīng)用分析

張平秦皇島龍鼎電氣有限公司

對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的故障診斷方法及應(yīng)用分析

張平
秦皇島龍鼎電氣有限公司

隨著科技的不斷發(fā)展，機(jī)電系統(tǒng)系統(tǒng)技術(shù)也在不斷的提高，其在多個(gè)領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。繼電系統(tǒng)涉及物理、化學(xué)、生物、電子、機(jī)械、信息工程和材料工程等多種學(xué)科和工程技術(shù)。我們所應(yīng)用的繼電系統(tǒng)更加趨于復(fù)雜化、自動(dòng)化，整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生故障的可能性也隨之增加。機(jī)電系統(tǒng)出現(xiàn)故障會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，影響到項(xiàng)目進(jìn)度。本文對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的故障診斷方法及應(yīng)用進(jìn)行分析，對(duì)預(yù)防機(jī)電系統(tǒng)發(fā)生故障有很大的提高。

一、引言

隨著機(jī)電系統(tǒng)在各個(gè)行業(yè)的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)機(jī)電系統(tǒng)故障的診斷更加關(guān)注，推動(dòng)了機(jī)電系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)的快速發(fā)展。機(jī)電系統(tǒng)的故障診斷主要分為被診斷系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的技術(shù)，和以觀測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的技術(shù)。其中診斷系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型技術(shù)以適合非常精確的數(shù)學(xué)模型的機(jī)械系統(tǒng)，在其他機(jī)械系統(tǒng)中的應(yīng)用非常少。第二類是通過(guò)分析和測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)故障，這一類對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的檢測(cè)非常的簡(jiǎn)單實(shí)用，在電氣系統(tǒng)的故障診斷中得到廣泛應(yīng)用。

二、故障診斷的常用方法

機(jī)電系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)發(fā)展迅速，有很多故障診斷的方法，常用的總結(jié)如下：

2.1 、FFT原理

為了最有效的對(duì)機(jī)電系統(tǒng)故障進(jìn)行診斷，需要根據(jù)機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行特征來(lái)對(duì)故障選擇適合的方法進(jìn)行診斷。在機(jī)電系統(tǒng)的故障診斷中，需要明確機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行周期，根據(jù)其周期性特征，我們采用頻譜分析來(lái)進(jìn)行診斷，把復(fù)雜的時(shí)間歷程波形，經(jīng)過(guò)傅里葉變換分解為若干個(gè)諧波，同過(guò)對(duì)單一諧波的研究獲得信號(hào)信息。我們可以用FFT原理來(lái)實(shí)現(xiàn)多種通道的信號(hào)，包括自相關(guān)、互相關(guān)、互譜、梳狀濾波等。其中互相干、互譜的使用頻率比較低，因?yàn)槠湫枰鄠€(gè)通道。

2.2 、非線性的處理

非線性的處理方式是在獲得非線性系統(tǒng)模型之后，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)中的故障進(jìn)行處理，需要對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)的分析。其中運(yùn)用到很多數(shù)學(xué)計(jì)算。包括集合、微積分等。非線性的處理方法是通過(guò)計(jì)算所獲得的，所以在對(duì)機(jī)電系統(tǒng)故障進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以準(zhǔn)備、直觀的對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行分析求解。

2.3 、非穩(wěn)態(tài)信號(hào)處理

在電機(jī)系統(tǒng)故障的檢測(cè)中經(jīng)常使用的方法還有非穩(wěn)態(tài)信號(hào)處理方法，其主要類型包括：諧和變頻信號(hào)、瞬態(tài)信號(hào)和寬帶變譜信號(hào)。這三種類型分別對(duì)應(yīng)著不同的分析方法。比如和諧變頻信號(hào)采用Prony諧和譜估計(jì)法，瞬態(tài)信號(hào)采用小波分析法，寬帶變譜信號(hào)采用現(xiàn)代譜分析算法。這些分析方法得到普遍的關(guān)注，并在故障的分析上得到廣泛的應(yīng)用。

2.4 、診斷推理

在對(duì)機(jī)電系統(tǒng)故障進(jìn)行診斷時(shí)，診斷推理的方法被經(jīng)常使用，根據(jù)科學(xué)的方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行診斷，通過(guò)診斷推理來(lái)分析故障的方法通?；诳刂颇Ｐ偷脑\斷、人工智能的診斷、模糊理論和粗糙理論等。

三、機(jī)電系統(tǒng)故障診斷方法的應(yīng)用

小波分析是近些年來(lái)迅速發(fā)展的一門(mén)學(xué)科，受到很多國(guó)家的關(guān)注，隨著小波的迅速興起，小波分析的發(fā)展逐步加快，并且在各個(gè)領(lǐng)得到廣泛的應(yīng)用。

小波分析在故障診斷中的應(yīng)用是比較重要的方面。其優(yōu)先于傅里葉分析在于它的時(shí)域和頻域都具有良好的局部化性質(zhì)，由于高頻成分采用逐漸精細(xì)的時(shí)域或空域取樣，從而可以聚焦到對(duì)象的任何細(xì)節(jié)上。從目前小波分析完成情況上看，小波分析可以替代傅里葉分析，因?yàn)楦道锶~分析不能用于局部分析，小波分析彌補(bǔ)了其這點(diǎn)的不足。

3.1 、利用觀測(cè)信號(hào)頻率結(jié)構(gòu)的變化對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的故障診斷

正交小波交換被分為離散型和連續(xù)型兩種。兩種交換的時(shí)頻特性非常相似，可以描述出信號(hào)的頻譜含量隨時(shí)間的變化情況，正交小波通過(guò)數(shù)據(jù)算法對(duì)信號(hào)的頻率變化情況進(jìn)行計(jì)算。在對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行診斷時(shí)，采用一定的措施消除系統(tǒng)狀態(tài)變化意外的因素對(duì)觀測(cè)信號(hào)的影響，確保能夠檢測(cè)出系統(tǒng)故障。

3.2 、瞬態(tài)信號(hào)檢測(cè)故障

瞬態(tài)信號(hào)指的是在時(shí)域上非常短暫，持續(xù)時(shí)間僅在幾十到幾百毫秒的信號(hào)。近年來(lái)瞬態(tài)信號(hào)在語(yǔ)音、雷達(dá)、地震等許多領(lǐng)域都收到人們的重視。對(duì)于機(jī)電系統(tǒng)瞬時(shí)的檢測(cè)符合實(shí)際情況的瞬態(tài)頻譜。小波分析的特點(diǎn)是其可以描述信號(hào)局部特征，在檢測(cè)正常信號(hào)發(fā)現(xiàn)反常信號(hào)時(shí)，需要檢測(cè)系統(tǒng)中存在的反常信號(hào)的成分，并對(duì)其進(jìn)行分析。這種瞬態(tài)信號(hào)檢測(cè)故障技術(shù)在逐步完善，已經(jīng)在機(jī)械設(shè)備的信號(hào)分析中被廣泛地應(yīng)用。

3.3 、利用變換檢測(cè)信號(hào)檢測(cè)故障

機(jī)電系統(tǒng)的故障檢測(cè)中，其信號(hào)本身是沒(méi)有規(guī)則的，信號(hào)上面攜帶著很多重要的信息，可以通過(guò)信號(hào)的變化判斷出系統(tǒng)故障。所以說(shuō)信號(hào)的變化是機(jī)電系統(tǒng)故障檢測(cè)中的關(guān)鍵點(diǎn)所在。信號(hào)的突變通常反映了震蕩、摩擦、撞擊等系統(tǒng)故障。小波分析可以提取出局部信號(hào)的不同點(diǎn)，確定出信號(hào)發(fā)生突變的時(shí)間，以及信號(hào)發(fā)生突變的類型。通過(guò)信息的采集，對(duì)系統(tǒng)故障的發(fā)生時(shí)間和類型進(jìn)行判斷，找到系統(tǒng)的故障原因?qū)ζ湓\斷。

3.4 、通過(guò)噪聲特征對(duì)機(jī)電系統(tǒng)故障診斷

在機(jī)電系統(tǒng)發(fā)生故障之前，我們不難發(fā)現(xiàn)很多系統(tǒng)的共同點(diǎn)是都是會(huì)發(fā)出一些噪聲，系統(tǒng)往往是因?yàn)榱慵收隙l(fā)出噪聲，所以對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的診斷可以通過(guò)機(jī)電系統(tǒng)發(fā)生故障的噪聲進(jìn)行分析。噪聲的情況可以通過(guò)小波分析提取得出，根據(jù)提取出的信息對(duì)噪聲特征進(jìn)行分析，對(duì)系統(tǒng)的故障進(jìn)行判斷。因?yàn)橄到y(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)的噪聲有一定的差異，時(shí)頻特性就會(huì)有很大的區(qū)別，可以通過(guò)這一特點(diǎn)，將不同頻率的信號(hào)分開(kāi)，對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行檢測(cè)。

總結(jié)：

隨著現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)電系統(tǒng)的可靠性和安全性已經(jīng)成為保障經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的重要因素。系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)已經(jīng)成為目前機(jī)電系統(tǒng)的熱點(diǎn)問(wèn)題。對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的故障診斷具有現(xiàn)實(shí)的意義。對(duì)故障診斷方法的分析，了解故障診斷的由來(lái)和意義，可以更好的分析機(jī)電系統(tǒng)的故障診斷。機(jī)電系統(tǒng)的故障診斷方法很多，本文以小坡分析為例對(duì)系統(tǒng)的故障診斷應(yīng)用進(jìn)行分析，證明小坡理論的信號(hào)處理方法對(duì)系統(tǒng)故障診斷十分有效。所以小波分析將是今后重點(diǎn)研究的對(duì)象。小波變換中的小波基函數(shù)的選擇問(wèn)題，對(duì)于不同的對(duì)象特征如何選擇合適的小波函數(shù)，以及小波函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)是什么，這些問(wèn)題都沒(méi)有完全的解決，需要以后不斷的研究。同時(shí)小波分析是在不斷發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，可以與其他方法相結(jié)合來(lái)分析系統(tǒng)故障，對(duì)其進(jìn)行分析具有重要意義。

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