液壓泵軸承故障診斷的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法研究

1、液壓泵軸承故障診斷的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法研究液壓泵軸承故障診斷的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法研究北京航空航天大學(xué)王少萍摘要摘要：研究了基于集成BP網(wǎng)絡(luò)的液壓泵軸承故障診斷方法。利用頻域和倒頻域進(jìn)行特征提取，采用集成BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障診斷和識(shí)別，解決了液壓泵軸承故障特征提出困難、多故障識(shí)別困難的問(wèn)題。試驗(yàn)結(jié)果表明，利用集成BP網(wǎng)絡(luò)可以有效地診斷與識(shí)別液壓泵軸承多故障模式，并且具有很強(qiáng)的魯棒性。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：液壓泵；軸承故障；故障診斷；集成BP網(wǎng)絡(luò)在航空工業(yè)中，液

2、壓系統(tǒng)的工作性能直接影響著飛機(jī)的安全和旅客的生命，而液壓泵是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源，因此對(duì)液壓泵的狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷尤為重要。軸承故障是液壓泵常見(jiàn)的故障模式之一，由于軸承故障所引起的附加振動(dòng)相對(duì)于液壓泵的固有振動(dòng)較弱，因而很難把故障信息從信號(hào)中分離開(kāi)來(lái)。到目前為止，對(duì)液壓泵軸承故障的故障診斷尚缺少十分有效的方法。本文提出在頻域和倒頻域進(jìn)行特征提取，旨在解決軸承特征提取困難的問(wèn)題并利用集成BP網(wǎng)絡(luò)解決多故障診斷與識(shí)別和魯棒性問(wèn)題。1液壓泵軸承故

3、障的特征提取液壓泵軸承故障的特征提取對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)而言，如有故障則一定會(huì)引起系統(tǒng)的附加振動(dòng)。振動(dòng)信號(hào)是動(dòng)態(tài)信號(hào)，它包含的信息豐富，很適合進(jìn)行故障診斷。但是如果附加振動(dòng)信號(hào)由于固有信號(hào)或外界干擾對(duì)故障信號(hào)的干擾很大而淹沒(méi)，那么如何從振動(dòng)信號(hào)中提取有用信號(hào)就顯得十分關(guān)鍵。根據(jù)摩擦學(xué)理論，當(dāng)軸承流動(dòng)面的內(nèi)環(huán)、外環(huán)滾道及滾柱上出現(xiàn)一處損傷，滾道的表面平滑受到破壞，每當(dāng)滾子滾過(guò)損傷點(diǎn)，都會(huì)產(chǎn)生一次振動(dòng)。假設(shè)軸承零件為剛體，不考慮接觸變形的影響，滾子

4、沿滾道為純滾，則有如下?lián)p傷振動(dòng)頻率：當(dāng)內(nèi)滾道有一處損傷時(shí)，其振動(dòng)脈沖特征頻率為：fI=frZ(1dcosαD)2（1）當(dāng)外滾道有一處損傷時(shí)，其振動(dòng)脈沖頻率為：fo=frZ(1dcosαD)2（2）當(dāng)滾柱上有一處損傷時(shí)，其振動(dòng)脈沖特征頻率為：fR=frD(1d2cosαD2)d（3）其中：fr－內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)速頻率；D－軸承的節(jié)圓直徑；d－滾柱的直徑；α－接觸角；Z－滾柱個(gè)數(shù)。為了克服軸承故障信號(hào)較弱且容易被液壓泵固有振動(dòng)淹沒(méi)的困難，選用以下抗干

5、擾能力較強(qiáng)的特征作為故障診斷特征參數(shù)。（1）振動(dòng)的平均能量特征設(shè)在液壓泵泵體上測(cè)得的振動(dòng)加速信號(hào)為：a(t)=a1(t)a2(t)...，an(t)圖1BPBP網(wǎng)絡(luò)故障診斷示意圖網(wǎng)絡(luò)故障診斷示意圖圖2中每一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)均為一個(gè)BP網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)子網(wǎng)絡(luò)由BP算法各自學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)后的結(jié)果由控制網(wǎng)絡(luò)集成。BP網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法如下：圖2集成集成BPBP網(wǎng)絡(luò)示意圖網(wǎng)絡(luò)示意圖把選取的每一個(gè)特征參數(shù)（包括能量特征，幅值特征和倒譜包絡(luò)特征)x的值映像到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入

6、輸出層的單個(gè)節(jié)點(diǎn)上，并對(duì)其進(jìn)行正則處理：xi=0.8(xxmin)(xmaxxmin)0.1（8）式（8）把特征參數(shù)正則到（0.10.9）之間的目的是避免Sigmoid函數(shù)輸出值極端化而引起學(xué)習(xí)無(wú)法收斂的問(wèn)題。對(duì)（8）式得到的正則值完成如下運(yùn)算，得到每個(gè)神經(jīng)元的加權(quán)值和閾值：式中，j代表當(dāng)前層，i代表前一層，wij代表連接權(quán)值；cj代表當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的閾值；fj代表輸出。在液壓泵的軸承故障診斷系統(tǒng)中選取內(nèi)滾道和滾柱的振動(dòng)能量、振動(dòng)峰及倒譜包絡(luò)