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基于多時間尺度建模的軸承壽命預測方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510272126.9

申請日:

2015.05.25

公開號:

CN104915550A

公開日:

2015.09.16

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 19/00申請日:20150525|||公開
IPC分類號: G06F19/00(2011.01)I 主分類號: G06F19/00
申請人: 東南大學
發明人: 嚴如強; 錢宇寧
地址: 210018江蘇省南京市玄武區四牌樓2號
優先權:
專利代理機構: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204 代理人: 張華蒙
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510272126.9

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2016.06.29|||2015.10.14|||2015.09.16

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了基于多時間尺度建模的軸承壽命預測方法,屬于軸承壽命預測技術領域,其將能夠描述系統快變時間尺度行為的數據驅動模型和能夠描述系統慢變時間尺度行為的物理模型有機地結合起來,提出了基于改進相空間彎曲算法和帕里斯裂紋擴展模型的軸承剩余壽命預測算法;利用多維AR模型來構建提升參考模型,改進了傳統相空間彎曲算法;同時,為了有效結合相空間彎曲算法和帕里斯模型,提出了基于時間分段策略的改進帕里斯裂紋擴展模型;這種基于多時間尺度建模的預測方法對軸承的剩余使用壽命取得了良好的預測效果,為機械旋轉部件的剩余使用壽命預測研究提供了一種新的研究思路。

權利要求書

權利要求書
1.  基于多時間尺度建模的軸承壽命預測方法,其特征在于,該方法具體包括以下幾個步驟:
1)在初始時間t=0時刻,通過數據采集設備采集N個軸承振動數據點{xR(1),xR(2),...,xR(N)},N為數據采集設備的采樣頻率,利用互信息法選取延遲時間參數τ,利用虛假鄰近點法選取嵌入維數參數d,采用公式(1)重構N個軸承振動數據點的相空間,并將該相空間作為參考相空間:
yR(1)={xR(1),xR(1+τ),...,xR(1+(d-1)τ)}···yR(n)={xR(n),xR(n+τ),...,xR(n+(d-1)τ)}···yR(N-(d-1)τ)={xR(N-(d-1)τ),xR(N-(d-2)τ),...,xR(N)},n=1,...,N-(d-1)τ---(1);]]>
2)t=t+1,通過數據采集設備采集t時刻N個軸承振動數據點{xt(1),xt(2),...,xt(N)},利用公式(2),采用與參考相空間相同的延遲時間τ和嵌入維數d重構t時刻N個軸承振動數據點的相空間:
yt(1)={xt(1),xt(1+τ),...,xt(1+(d-1)τ)}···yt(n)={xt(n),xt(n+τ),...,xt(n+(d-1)τ)}···yt(N-(d-1)τ)={xt(N-(d-1)τ),xt(N-(d-2)τ),...,xt(N)},n=1,...,N-(d-1)τ---(2);]]>
3)對于t時刻相空間中的某一個向量yt(n),在參考相空間中尋找p(p>2(τ×d))個與其距離最近的向量yR(k),yR(k+1),...,yR(k+p-1),其中k=1,...,N-(d-1)τ,令
Lk=yR(k+τ)···yR(k+p+τ-1),Bk=yR(k+τ-1),...,yR(k)···yR(k+p+τ-2),...,yR(k+p-1)---(3)]]>
利用公式(4)求出多維自回歸模型參數:
Φ^k=(BkBk)-1BkLk---(4)]]>
利用公式(5)對yt(n)向量構建跟蹤函數:
et(n)=yt(n+τ)-((yt(n+τ-1),···,yt(n))Φ^k)---(5)]]>
另外,計算yt(n)與向量yR(k),yR(k+1),...,yR(k+p-1)的距離,記其中最遠的距離為 rn;
4)n=n+1,若n<N-(d-1)τ,返回步驟3);否則進入步驟5);
5)利用t時刻相空間中所有向量對應的所有跟蹤函數,使用公式(6)計算t時刻相空間的跟蹤指標:
et=Σn=1Mq(n)||et(n)||2Σn=1Mq(n)---(6)]]>
其中,q(n)為權值函數,m為t時刻相空間的關聯維數;若t<400,返回步驟2);若t=400,進入步驟6);若t>400,進入步驟7);
6)計算e1、e2…e400這400個跟蹤指標的平均值μh及標準差σh,并設定μh+5σh為健康閾值th1;
7)如果et<th1,返回步驟2);如果et=th1,設定tinitial為軸承初始故障出現時間,返回步驟2);否則,進一步判斷et是否小于1.5th1,若是,則此時軸承進入初始裂紋擴展階段,利用公式(7)計算此時軸承剩余壽命Nt:
Nt=D1ln3th1et-(t-tinitial)(1-et-th1th1)---(7)]]>
其中,D1為利用軸承初始裂紋擴展階段的歷史經驗數據確定的常數;若et大于或等于1.5th1,則此時軸承進入快速裂紋擴展階段,利用公式(8)計算此時軸承剩余壽命:
Nt=D2ln3th1et---(8)]]>
其中,D2為利用軸承快速裂紋擴展階段的歷史經驗數據確定的常數;
8)若et>3th1,認為此時軸承已損壞,預測結束;否則返回步驟2)。

關 鍵 詞:
基于 多時 尺度 建模 軸承 壽命 預測 方法
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