基于多信号融合的电主轴故障预警方法及系统研究

发布时间：2017-12-31 07:22

  本文关键词：基于多信号融合的电主轴故障预警方法及系统研究　出处：《吉林大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 电主轴 故障预警 多信号 融合 LabVIEW

【摘要】：电主轴作为中高档数控机床的核心部件之一,其工作状态影响着机床的可靠性,进而影响机床所在生产线的开动率及可用性。研究电主轴故障预警方法及故障预警系统,对提高电主轴及机床可靠性、创新维修策略、实现关键零部件及整机的智能化具有较高的理论及应用价值。传统的状态监测及故障预警方法针对单一零件提取其单一信号的特征量以预测零件未来的退化规律及剩余寿命,而针对各系统紧密联系且相互影响的复杂机电液耦合系统——电主轴而言,单一信号并不能全面、准确地反映其故障状态,多信号融合的预警方法及预警系统的研究具有更高的理论及实用价值。本文结合当前电主轴行业需求、研究热点及难点问题,在了解电主轴结构、工作原理、常见故障的故障形式、故障原因、主要及次要特征信号及特征量的基础上,利用集成的思路提出了一套完整的基于多信号融合的电主轴故障预警方法,使电主轴故障预警算法更为全面;本文将故障预警方法采用Lab VIEW及MATLAB混合编程的方法形成故障预警软件系统,并与相关的硬件系统相结合形成了一套完整的电主轴故障预警系统;进行了多组实验验证了本文研究的故障预警方法及系统的有效性。本文主要研究内容如下:1.电主轴故障分析。通过分析电主轴的结构、工作原理及各子系统间关系,阐明了电主轴是一个各系统紧密联系的机电液复合系统;通过详细分析电主轴机械系统及电气系统常见故障的故障形式、故障原因及故障的主要与次要特征信号,确定电主轴大部分故障的主要特征信号或次要特征信号均为振动信号或电流信号,即电主轴大部分故障的发生及演变均可根据振动及电流信号的变化所体现。2.电主轴故障预警方法研究。通过对特征量提取、信号分析、趋势预测及剩余寿命评估算法的具体原理、各个算法优缺点的研究提出了基于多信号融合的电主轴故障预警方法,该方法在小波包分解与重构(WPD)实现降噪的基础上采用经验模态分解(EMD)提取故障特征量,提出基于自组织映射(SOM)与核主成分分析(KPCA)的多信号融合方法实现特征量分析,应用高斯过程回归(GPR)实现健康趋势预测及剩余寿命评估,保证电主轴故障预警算法的准确度及完整性。3.电主轴故障预警系统总体方案设计。制定了电主轴故障预警系统的总体方案,包括硬件系统方案、软件系统方案。在硬件系统方面,简要说明了选用的加载系统、PXI高速同步采集系统及各传感器的性能参数、工作原理及优缺点;在软件系统方面,简要介绍了Lab VIEW、MATLAB及其工具包,最终确定采用Lab VIEW及MATLAB混合编程的方法搭建故障预警软件系统。4.电主轴故障预警系统设计及实验分析。开发了一套电主轴故障预警系统,对核心的软件系统的整体框架、后台程序框图、操作流程进行了说明,并按照模块详细介绍其工作原理、结构、功能及程序代码。开展了电主轴转子不平衡、转子碰擦及定子匝间短路三个典型故障实验,通过分析实验结果验证了本文提出的基于多信号故障预警方法及系统的有效性。通过本文的研究,提出的电主轴故障预警方法较为全面,研制的电主轴故障预警系统有一定的实用性,为电主轴及机床改进维修策略,创新维修模式,实现智能化故障预警与诊断提供了技术支持,具有一定的理论和工程应用价值。
[Abstract]:This paper presents a complete set of fault early - warning system based on multi - signal fusion by analyzing the structure , working principle , fault form , fault cause , main and secondary characteristic signal and characteristic quantity of electric spindle . This paper describes the design and experimental analysis of fault early warning system based on LabVIEW and MATLAB . A set of electric spindle fault early warning system is developed , the whole frame , the background program block diagram and the program code of electric spindle fault early warning system are introduced , and its working principle , structure , function and program code are described in detail .

【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG659

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本文编号：1358744