基于优化分簇贝叶斯网的转子振动故障诊断.pdf

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1、第34卷第2期振动、测试与诊断Vol

2、34NO．22014年4月JournalofVibration，Measurement&DiagnosisApr．2O14基于优化分簇贝叶斯网的转子振动故障诊断仝兆景，石秀华，王文斌。，杜向党，田晶(1．西北工业大学航海学院西安，710072)(2．河南理工大学电气工程与自动化学院焦作，454000)(3．中国人民解放军68302部队渭南，714000)摘要针对柴油发动机的充电发电机结构及振动的复杂性导致其转子振动故障具有多层次性、耦合性和随机性，以及故障信息不完整性等特点，提出了一种基于振动频谱分析和贝叶斯网络的转子振动故障诊断方法

3、。该方法将故障源和故障现象根据专家经验数值化表示并离散化，运用改进的优化分簇算法，构建特定振动故障类型的贝叶斯诊断网络，利用贝叶斯网络推理算法诊断出故障概率分布，并利用具体的故障证据、设定值对该方法进行验证。仿真及实验结果表明，该方法能在故障信息不完整情况下，依据不完整证据信息更新各网络节点的概率状态，实现对不确定信息的推理和估计，得到较好的诊断结果，提高了转子振动故障的诊断准确度。关键词贝叶斯网络；分簇；振动；故障诊断中图分类号TP206+．3；TP18外研究者在结构学习算法上进行探索，寻找一个与引言训练数据拟合度高且网络复杂度相对较低的网络结构实现高效诊断。笔者提出一

4、种优化分簇算法，通柴油发动机作为机、电、液一体化的复杂系统，过动态调节权值，实现结构学习的优化，结合频谱分其结构及振动的复杂性使其故障具有多层次性、随析，运用贝叶斯网络进行不确定问题、模糊问题的推机性，以及故障信息不完整性等特点。从舰船可靠理，可实现转子振动故障高效诊断。性分析表明，整条船上所有故障的6O～8O发生在动力装置上，而在动力装置中，4O以上的故障发1转子基本振动故障特征频谱分析生于柴油机系统]。由于柴油发动机内部组件之间存在很多错综复杂、耦合的相互关系，不确定因素和柴油机充电发电机转子振动故障有很多类型，不确定信息充斥其间，加之所处工作环境复杂多变，常见的有转

5、子不平衡、转子碰摩、转子不对中、轴承且其本身是多机构运动的冲击综合]，从其充电发松动，其发生率占总数的95以上。对这些典型故电机采集的振动信号严格地讲是非线性和循环平稳障做出快捷准确的诊断具有重要的工程应用意义。的_3]，所以时域波形简单频谱分析不能很好地反映转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部转子的振动特征『4]，亦不能单纯依据频谱分析进行件出现缺损造成的故障，其力学模型可简化为如图准确的故障诊断判别_5]。研究者引入了专家系统、1所示。转子两端对称支撑于刚性轴承上，0为轴神经网络、模糊理论和基于贝叶斯网络的故障诊断承中心，中间有一质量为m的圆盘，C为圆盘旋转等。在

6、处理不确定问题方面，前面几种方法分别存中心，G为质心，动挠度为，偏心距为e。转子在低在算法及模型复杂、精度不易控制等缺点_6]，而贝叶速时，G在c的外侧，无阻尼情况下0，c，G在同一斯网络(Bayesiannetwork)故障诊断方法可将故障直线上。当不计圆盘重力影响和系统阻尼，转子受因果知识直观表达，将统计数据以条件概率的形式到离心力F===m(e+)，与转速平方成正比。阻融入模型，利用节点间相互关系，沿网络进行推理估尼一定，转速不变时，振动振幅与转子同一平面、同计，在处理各种不确定性和不完备信息方面有强大一半径处的不平衡质量的大小成正比。以实测工作的优势l_7]。为简

7、化贝叶斯网络，提高诊断效率，国内频率厂，做基频，当转子不平衡时，基频处会出现较*国家自然科学基金资助项目(61104079)；长安大学公路养护装备国家工程实验室开放基金资助项目(2013G1502048)收稿日期：2013—03—02；修回日期：201303—29振动、测试与诊断第34卷x)，使得给定丌(x)，X与{x，x，⋯，X}中的其他变量条件独立，即／·—e／＼＼＼P(X，X，⋯，Xr_)=P(X丌(X))(2)那么有IY{cJ～．l／fP(X，x2，⋯，X)一llP(xI丌(X))(3)i一1、、———／当7r(X)一cIo时，P(X丌(X))为边缘分布图1转子不

8、平衡的力学模型P(X)。对任X，丌(X)最多包含个变量，当变Fig．1Mechanicalmodelofrotorimbalance量均取二值时，节点个数为，式(3)右端包含的独立参数最多为2个，相对原来确定联合分布需要大的峰值，其他倍频由于系统耦合特性，也会有较低2”一1个参数来说，模型得到了简化，当很大且成分出现，可据此来对转子的振动故障状态做出≤时效果更为显著。通过结构学习简化模型，判断。减少网络复杂度，使给定部分信息推理不确定问题当转子发生碰摩故障时，振动时域波形发生畸成为可能。变，出现正弦削波现象。由碰摩产生的振动具