用于分布式傳動(dòng)系的狀況監(jiān)測(cè)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的主題是對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)使用貝葉斯數(shù)據(jù)融合方法的分布式傳動(dòng)系的狀況監(jiān) 測(cè)方法。狀況監(jiān)測(cè)技術(shù)通常聚焦在特定設(shè)備件的分析上，從而經(jīng)常失去系統(tǒng)的全貌。例如， 負(fù)載軸承中的失準(zhǔn)可引起在整個(gè)系統(tǒng)中傳播的扭矩振蕩。因?yàn)橛泄收县?fù)載軸承的故障特征 可與對(duì)不同組件中的不同類型故障所預(yù)測(cè)的特征一致，運(yùn)些振蕩可導(dǎo)致某些狀況監(jiān)測(cè)指示 器被錯(cuò)誤激活。在沒有用于進(jìn)行"分布式"分析(其考慮系統(tǒng)所有零件）的方法的情況下，假 警報(bào)極有可能并且維修人員可采取不必要的維護(hù)動(dòng)作。使來自傳動(dòng)系的各種組件的數(shù)據(jù)融 合允許實(shí)行運(yùn)樣的分布式分析。數(shù)據(jù)融合技術(shù)已在軍事應(yīng)用中廣泛使用，但近來運(yùn)些方法 開始在工業(yè)中得到應(yīng)用，從而除其他外還在如機(jī)器人、傳感器網(wǎng)絡(luò)、視頻和圖像處理運(yùn)樣的 應(yīng)用W及分布式控制系統(tǒng)中找到用武之地。數(shù)據(jù)融合技術(shù)可W用于評(píng)估傳動(dòng)系組件(例如 馬達(dá)或齒輪箱)的健康狀況。在運(yùn)些情況下，來自安裝到正在分析的設(shè)備的不同傳感器的指 示器被融合來獲得更完整的診斷。
【背景技術(shù)】
[0002] 用于狀況監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)融合應(yīng)用已在學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中報(bào)道，主要是在電動(dòng)馬達(dá)診斷[1] 和齒輪箱診斷[2]的領(lǐng)域中。在第一種情況下，電動(dòng)馬達(dá)的診斷通過使振動(dòng)和電流信號(hào)融合 而實(shí)行，并且在齒輪箱的情況下，通過使振動(dòng)信號(hào)和碎屑分析結(jié)果融合來實(shí)施它。在兩種情 況下都不考慮來自其他組件的信號(hào)。
[0003] 相似地，之前開發(fā)基于貝葉斯推理的狀況監(jiān)測(cè)技術(shù)。在參考文獻(xiàn)[3]中示出對(duì)于振 動(dòng)故障診斷的專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用貝葉斯算法來定義決策樹中或決策表中所包括的概 率，并且然后專家系統(tǒng)在觀察基礎(chǔ)上生成系統(tǒng)的健康診斷。重要的是注意在決策樹或決策 表構(gòu)建中僅使用振動(dòng)信號(hào)并且方法用于僅診斷電動(dòng)馬達(dá)而不是整個(gè)傳動(dòng)系。
[0004] 多傳感器數(shù)據(jù)融合典型地在利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中使用。在該情況下，原始信號(hào) 被饋送到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來訓(xùn)練它。從專利說明書US 7539549獲悉存在利用多種信號(hào)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)所采用的系統(tǒng)和方法，并且之后基于模糊邏輯的專家系統(tǒng)用于診斷馬達(dá)-累設(shè)置。由于運(yùn) 樣的系統(tǒng)需要大量數(shù)據(jù)可用W便最初訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)運(yùn)一事實(shí)，它們不太理想。此外，盡管神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)無疑很強(qiáng)大，但它們是其中關(guān)于為什么做出特定決策的可能推理難W弄清的黑盒。通過 使指示器(其一般基于物理推理，例如使用峰度來識(shí)別指示齒輪箱中的局部化輪齒問題的 測(cè)量信號(hào)的脈沖特性)與領(lǐng)域內(nèi)專家所給出的故障概率組合，在該公開中給出的方法允許 對(duì)于每一個(gè)決策的推理充分合理化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引用于分布式傳動(dòng)系的狀況監(jiān)測(cè)的方法包括測(cè)量從組件(其從傳動(dòng)系選擇）的傳感 器獲得的物理信號(hào)(其被交付給用于使用來自信息數(shù)據(jù)庫(其包含至少一個(gè)信息系統(tǒng)）的數(shù) 據(jù)來處理測(cè)量數(shù)據(jù)并且進(jìn)行數(shù)據(jù)融合過程的計(jì)算機(jī)部件），特征在于它包括根據(jù)貝葉斯規(guī) 則的數(shù)據(jù)融合過程的兩個(gè)階段并且在第二階段基礎(chǔ)上通過選擇接收數(shù)據(jù)的最大值來進(jìn)行 傳動(dòng)系的狀況評(píng)價(jià)，該最大值對(duì)傳動(dòng)系觸發(fā)警報(bào)。
[0006] 第一階段由使用根據(jù)W下公式的貝葉斯推理來確定傳動(dòng)系的個(gè)體組件C的故障的 局部后驗(yàn)概率護(hù)(ti，sK( ti))組成：
[0007]
[000引 其中；
[0009] ti是時(shí)刻，
[0010] sc(ti)是在時(shí)刻ti的組件狀況S，
[0011] 〇:1、2、3.''(：并且(：是組件數(shù)量，
[001引pE-(ti，sE(ti))是對(duì)于個(gè)體組件C的故障的先驗(yàn)概率，
[001引 1。(7。沁）|3。化））是用于個(gè)體組件。的指示器似然函數(shù)比尸，
[0014] 八ti)是在時(shí)刻ti的組件C的指示器值的向量，
[001引是歸一化常數(shù)。
[0016] 第二階段由使用根據(jù)W下的貝葉斯推理來確定傳動(dòng)系的故障的全局后驗(yàn)概率P (ti，S(ti))組成：
[0017]
[001引 其中；
[0019] ti是時(shí)刻，
[0020] S(ti)是在時(shí)刻ti傳動(dòng)系的全局狀況S，
[0021 ] p^ti，S(ti))是傳動(dòng)系的故障的全局先驗(yàn)概率，
[0022] Y(ti)是在時(shí)刻ti對(duì)于傳動(dòng)系中的所有組件的故障的局部后驗(yàn)概率的向量，
[0023] L(Y(ti)|S(ti))是對(duì)于傳動(dòng)系的全局似然函數(shù)化F，該GLF通過使不同組件的不同 總似然函數(shù)0LF相乘
而獲得，其中r(ti)等于對(duì)于組件C的故障的局 部后驗(yàn)概率(其定義為護(hù)(ti，se( ti)))，
[0024] B是歸一化常數(shù)。
[0025] 對(duì)于個(gè)體組件C的故障的先驗(yàn)概率lT(ti，Se(ti))使用組件最后已知狀況和組件故 障開發(fā)模型來計(jì)算。
[0026] 傳動(dòng)系的故障的全局先驗(yàn)概率擴(kuò)(ti，S(ti))使用全局最后已知狀況和全局開發(fā)模 型來計(jì)算。
[0027] 與傳動(dòng)系的操作狀況、組件退化模型、專家知識(shí)規(guī)則等有關(guān)的所有信息存儲(chǔ)在信 息數(shù)據(jù)庫的不同信息系統(tǒng)中。運(yùn)樣的信息系統(tǒng)可W是專家知識(shí)系統(tǒng)EKS、組件壽命估計(jì)系統(tǒng) CLTES和/或設(shè)備操作狀況信息系統(tǒng)E0CIS。
[0028] 全局似然函數(shù)GLF使用來自傳動(dòng)系的至少兩個(gè)組件計(jì)算。
[0029] 用于計(jì)算全局似然函數(shù)化F的數(shù)據(jù)從對(duì)馬達(dá)和齒輪箱或負(fù)載或它們的組合所測(cè)量 和處理的信號(hào)獲得。
[0030] 用于分布式傳動(dòng)系的狀況監(jiān)測(cè)的計(jì)算機(jī)程序能加載到計(jì)算機(jī)處理設(shè)備(4)并且在 計(jì)算機(jī)處理設(shè)備(4)中可執(zhí)行，其特征在于在程序運(yùn)行期間它執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至6的方 法。
[0031] 對(duì)于系統(tǒng)的局部和全局范圍的貝葉斯推理規(guī)則的整合允許檢測(cè)不同組件之間的 可能交互，如果使用典型局部(面向單組件方法)則該可能交互可能看不到。
【附圖說明】
[0032] 在本發(fā)明的描述實(shí)施例中的方法在圖中呈現(xiàn)，其中：
[0033] 圖1示出用于實(shí)現(xiàn)方法的傳動(dòng)系和部件的示意圖，
[0034] 圖2示出被實(shí)行來評(píng)價(jià)傳動(dòng)系狀況的不同步驟的流程圖，
[0035] 圖3示出用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合過程的部件，
[0036] 圖4示出用于對(duì)在圖1中給出的電動(dòng)馬達(dá)1實(shí)現(xiàn)局部數(shù)據(jù)融合過程的部件，
[0037] 圖5示出用于對(duì)在圖1中給出的電動(dòng)馬達(dá)1實(shí)行全局?jǐn)?shù)據(jù)融合的部件，
[0038] 圖6示出用于對(duì)在圖1中給出的傳動(dòng)系實(shí)現(xiàn)全局?jǐn)?shù)據(jù)融合過程的部件，
[0039] 圖7示出用于對(duì)在圖1中給出的傳動(dòng)系實(shí)行全局?jǐn)?shù)據(jù)融合的部件。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 根據(jù)本發(fā)明的方法在圖1中呈現(xiàn)的示例傳動(dòng)系系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)對(duì)Ξ個(gè)電流相 位(相位1、相位2、相位3)示出并且包括電動(dòng)馬達(dá)1和采用齒輪箱2形式的驅(qū)動(dòng)設(shè)備W及負(fù)載 3。負(fù)載3可W是壓縮機(jī)或累或風(fēng)扇。傳動(dòng)系系統(tǒng)的所有組件具有它們自身的測(cè)量信息的部 件-傳感器，其未在圖中呈現(xiàn)。在計(jì)算機(jī)設(shè)備4中收集來自所有組件的不同傳感器的不同信 號(hào)并且處理它們，該計(jì)算機(jī)設(shè)備4具有存儲(chǔ)器模塊5、數(shù)據(jù)采集模塊6、信號(hào)處理模塊7、數(shù)據(jù) 特征提取模塊8、處理器11中包含的局部數(shù)據(jù)融合模塊9和全局?jǐn)?shù)據(jù)融合模塊10,信息數(shù)據(jù) 庫12的輸入連接到該處理器11。信號(hào)處理模塊7具有若干功能模塊7.1、7.2-7.111(其中111是 自然數(shù)），其適于根據(jù)不同方法和規(guī)則處理不同信號(hào)。獨(dú)立模塊中所附的不同處理技術(shù)可W 用于不同類型的信號(hào)。例如它可包括用于時(shí)域度量的模塊、用于光譜分析的模塊、用于包絡(luò) 分析(希爾伯特變換）的模塊、用于倒頻譜計(jì)算和分析的模塊、用于同步信號(hào)平均計(jì)算的模 塊、用于時(shí)間-頻率分析的模塊等。在信號(hào)處理模塊7中獲得的處理信號(hào)被發(fā)送到特征提取 模塊8,所述模塊計(jì)算故障指示器，其有助于評(píng)價(jià)傳動(dòng)系組件的健康，所述狀況指示器之后 被發(fā)送到數(shù)據(jù)融合模塊9。所述數(shù)據(jù)融合模塊將傳動(dòng)系的每個(gè)組件視為子系統(tǒng)，因此局部數(shù) 據(jù)融合模塊包含多個(gè)模塊9.1、9.2-9.111(其中111是自然數(shù)），傳動(dòng)系的每個(gè)組件的一個(gè)模塊。 信息數(shù)據(jù)庫12包含至少一個(gè)信息系統(tǒng)，例如專家知識(shí)系統(tǒng)邸S、組件壽命估計(jì)系統(tǒng)化TES、設(shè) 備操作狀況系統(tǒng)E0CS。來自局部數(shù)據(jù)融合模塊9和來自信息數(shù)據(jù)庫12的輸出與全局?jǐn)?shù)據(jù)融 合模塊12連接，該全局?jǐn)?shù)據(jù)融合模塊12的輸出與評(píng)價(jià)模塊13連接。
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