基于混沌吸引子不變量信息熵特征的轉(zhuǎn)子故障診斷方法研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械是工業(yè)部門中應(yīng)用最為廣泛的一類機(jī)械設(shè)備，其核心部件為轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)。利用振動(dòng)信號(hào)對(duì)轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析與診斷，是保證旋轉(zhuǎn)機(jī)械穩(wěn)定、高效運(yùn)作的重要措施。但隨著旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速的提高和新材料、新結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的線性理論已不能滿足現(xiàn)代轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障分析的需要，非線性理論和方法在轉(zhuǎn)子故障診斷的研究中占有愈加重要的地位。然而，現(xiàn)有成果仍存在難以系統(tǒng)歸納可用于故障識(shí)別的非線性特征、難以對(duì)信號(hào)給出精確的量化評(píng)價(jià)結(jié)果的缺陷，一定程

2、度上降低了故障識(shí)別的準(zhǔn)確性?；诖耍疚尼槍?duì)轉(zhuǎn)子典型故障的動(dòng)力學(xué)模型，運(yùn)用混沌理論與信息熵方法，對(duì)其振動(dòng)信號(hào)的非線性狀態(tài)特征的量化提取問題開展了研究。主要工作內(nèi)容及獲得的研究結(jié)論如下：
　　 (1)通過對(duì)不同慢變參數(shù)下系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立和演算，完成了基于混沌理論的典型故障轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)行為分析，并歸納了四種故障在不同轉(zhuǎn)速域內(nèi)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)差異特征，且該差異特征在系統(tǒng)故障慢變過程下仍保持一致性，因此能夠作為轉(zhuǎn)子故障模式辨識(shí)所需的特征信息

3、，為本研究所提出方法的合理性做出了證明。
　　 (2)根據(jù)轉(zhuǎn)子故障非線性振動(dòng)信號(hào)處理的要求，設(shè)計(jì)了局部投影濾波的改進(jìn)算法，將鄰域半徑和噪聲子空間維數(shù)等參數(shù)的自適應(yīng)選擇環(huán)節(jié)加入原算法中，以充分保留強(qiáng)噪聲背景下系統(tǒng)的混沌運(yùn)動(dòng)信號(hào)。將該算法用于轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)采集的故障信號(hào)降噪，獲得了較為理想的結(jié)果。
　　 (3)針對(duì)實(shí)際復(fù)雜不可建模系統(tǒng)的情況，通過計(jì)算不同故障下轉(zhuǎn)子隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)聯(lián)維數(shù)和最大Lyapunov指數(shù)，反映其不同的動(dòng)力學(xué)

4、行為狀態(tài)，并利用故障轉(zhuǎn)子模型仿真序列及實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)的分析，對(duì)該方法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。其結(jié)果說明，系統(tǒng)的吸引子不變量可準(zhǔn)確反映出其非線性運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)和程度，是實(shí)際復(fù)雜系統(tǒng)非線性特性識(shí)別的有效特征參數(shù)。
　　 (4)對(duì)轉(zhuǎn)子故障非線性特征差異較大的一階臨界轉(zhuǎn)速域和高頻轉(zhuǎn)速域進(jìn)行吸引子不變量信息熵的量化提取，得出其熵帶和熵值分量譜，作為區(qū)分四種典型故障的依據(jù)。同時(shí)，研究了利用熵值分量譜圖反映故障嚴(yán)重程度的方法，為采用非線性理論進(jìn)行轉(zhuǎn)子系