基于融合信息熵距的旋转机械振动故障定量诊断研究

发布时间：2020-07-21 10:12

【摘要】：本课题来源于由国家自然科学基金(青年)资助的研究项目——大型旋转机械振动故障的融合信息熵定量特征研究(50105004)。首先,本文阐明了研究信息融合故障诊断技术的意义,介绍了信息融合的概念,回顾了火电机组信息融合故障诊断方法的发展状况,特别提到了融合定量诊断是今后的发展方向。接着介绍了信息熵的基本概念,并详细描述了旋转机械振动信号在时域的奇异谱熵、频域的功率谱熵、时-频域的小波空间特征谱熵和小波能谱熵这四种信息熵特征。随后,详细描述了转子典型故障模拟实验,将本次实验的台架,检测系统和实验过程进行了详细的描述。在经过了大量实验数据的分析计算后,得到了六种转子典型振动故障各自四种信息熵的熵值范围,即熵带。将每种熵看作是一个维度,那么这四种熵就组成了一个四维空间,对任意一种故障分别求它的四种熵带的平均值,得到四个信息熵的熵值中心,把这种故障的四个熵值中心看成四维坐标,就唯一确定了上述四维空间中的一个点,本文把这个点定义为该种故障在四维空间中的故障熵点。同理,对其它几种故障也可以得到各自在四维空间中的故障熵点。在这个基础上,本文提出了一种新的转子振动故障的融合定量诊断指标——四维信息熵距。它综合考虑了振动信号各个征兆域的特征,因而故障判别效果较好。最后,本文指出了当前融合定量诊断方法普遍存在的不足,就是只注重在单一状态下对信号各个域的特征量进行融合,却忽略了故障信号的过程变化规律。通过定义信息这样一个能够对这种过程变化规律进行描述的物理量来研究基于过程信息融合的诊断方法,这将成为今后融合定量故障诊断技术的发展方向。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH17
【图文】：

实验台,初始状态

轴裂纹故障的特征主要表现为[49]：1) 各阶临界转速较正常时要小，尤其在裂纹严重时；2) 由于裂纹造成刚度变化且不对称，转子的共振转速扩展为一个区；3) 裂纹转子振动的一阶分量的分散度比无裂纹时大；4) 转速超过临界转速后，一般各高阶谐波振幅较未超过时小；5) 恒定转速下，各阶谐波幅值 1X，2X 和 3X 及其相位不稳定，且尤以 2X 突出；3.2 典型故障模拟实验3.2.1 实验台架为了获得有更多代表性的数据，实验在两个不同的实验台上分别进行。实验分两个阶段，第一阶段实验工作在 A 实验台上完成，实验台的布置如图 3-1 所示，转轴直径 16。第二阶段实验在 B 实验台上完成，实验台的布置如图 3-2 所示，转轴直径 10。

拓扑结构图,振动测量系统,模拟实验,振动信号

量转子的实时转速，光电头布置在轮盘 3 位置。光电键相传感器产生的脉冲信号触振动信号采样，确定各阶振动信号的相位。3.2.2 实验检测系统由于振动信号中包含了丰富的故障信息，有时还非常直观，其测试分析的手段方法和理论比较成熟，易于实现在线实时监测和诊断。模拟实验通过采集振动信号行处理并分析，各种数据采集和分析装置组成各有不同，但它们具有一些共同的特点图 3-3 表示了模拟实验的振动信号采集系统的基本组成，用虚线框起来的是属于基环节部分。图 3-4 是检测系统的拓扑结构图。

拓扑结构图,转子实验台,检测系统

(4) 数据滤波环节其任务是通过信号滤波装置将前置放大器输出的信号进行进一步处理，过滤掉高频(1KHz 以上)信号，同时通过模拟——数字转换卡(A/D)将信号传送到计算机。(5) 数据监测和记录环节其任务是对采集到的转子运转振动数据进行监测，并选择一定方式对数据进行记录存盘。这项工作均在计算机上完成，所采用的软件系统为华中科技大学能源与动力工程学院研制的多功能振动分析及动平衡系统，同时使用了磁带记录仪作为数据备份。

【引证文献】