第 27 卷 第 1 期
Vol. 27 No. 1
控 制 与 决 策
Control and Decision
2012 年 1 月
Jan. 2012
大型装备传动系统非线性频谱特征提取与故障诊断
文章编号: 1001-0920 (2012) 01-0135-04
张家良, 曹建福, 高 峰
(西安交通大学 机械制造系统工程国家重点实验室，西安 710049)
摘 要: 基于 Volterra 级数的非线性频谱分析方法, 建立了大型数控装备传动系统伺服电机的非线性频谱模型, 对传
动系统两类参数型故障的频谱特征进行了分析. 在此基础上, 提出一种实用的在线频谱特征提取与故障识别方法, 采
用自适应辨识算法求解时域 Volterra 核, 用快速多维傅立叶变换获得非线性频谱特征. 实验结果表明, 该方法实时性
好, 故障识别率高.
关键词: 非线性频谱分析；故障诊断；数控装备；特征提取
中图分类号: TP277 文献标识码: A
Feature extraction and fault diagnosis of large-scale equipment
transmission system based on nonlinear frequency spectrum
ZHANG Jia-liang, CAO Jian-fu, GAO Feng
(State Key Laboratory for Manufacturing for Systems Engineering，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710049，China.
Correspondent：CAO Jian-fu，E-mail：cjf@xjtu.edu.cn)
Abstract: The nonlinear frequency spectrum model of servo motor of large-scale numerical control equipment transmission
system is established based on nonlinear frequency spectrum analysis method of Volterra series. The frequency spectrum
feature of two parametric type faults of transmission system is analyzed. An usable online frequency spectrum feature
extraction and fault diagnosis method is proposed. The method uses adaptive identification algorithm to solve domain Volterra
kernel and adopts fast multi-dimensional Fourier transform to extract nonlinear frequency spectrum feature. Experimental
result shows that the proposed method has good timeliness and high recognition rate for equipment fault.
Key words: nonlinear frequency spectrum analysis；fault diagnosis；numerical control equipment；feature extraction
1 引引引 言言言
为了满足大型飞机、大吨位船舶、航天载人、汽
车生产等工程大尺寸零件制造的需求, 各种大型制造
装备的使用越来越广泛, 这些装备均具有复杂的机电
结构; 同时, 现代的大型数控装备普遍朝高速高精度
和智能化方向发展, 配套的控制系统也变得越来越复
杂. 机电装备功能和结构的复杂化, 使得维护难度与
日俱增, 为保证正常运行所花费的维修费用也越来越
多. 因此, 对大型数控装备的故障诊断技术进行研究
是非常必要的.
大型数控装备的主要故障大多出现在传动系统
上, 在长期运行中, 其各个部件会不可避免地出现老
化和磨损现象, 进而发生故障. 目前, 对具有非线性动
态特性的系统的故障诊断方法主要有信号处理方法
和系统动态模型方法. 基于信号处理的诊断方法主要
通过提取信号时域特征和各种谱特征对系统进行故
障诊断
[1-2]
. 文献 [3-4] 分别利用振动信号的倒频谱和
谱熵提取故障特征, 对齿轮传动系统进行故障诊断.
基于信号处理的故障诊断方法直接从系统各种输出
信号中提取故障特征, 没有用到反映非线性动态系统
完整特性的模型和数据. 基于系统动态模型的故障诊
断方法主要通过系统的数学模型建立观测器或滤波
器, 对系统进行故障诊断. 文献 [5] 利用非线性观测器
对直流电机进行故障诊断. 基于数学模型的故障诊断
方法的诊断准确性依赖于系统模型的精确度, 当模型
不精确时, 该方法诊断准确性低, 而实际中系统的精
确模型很难建立. 基于非线性频谱特征提取的故障诊
断是一种新型的故障诊断方法, 通过在线获得对象的
收稿日期: 2010-09-10；修回日期: 2011-04-16.
基金项目: 国家863计划项目(2006AA01Z126).
作者简介: 张家良(1982−), 男, 博士生, 从事工业系统故障诊断的研究；曹建福(1963−), 男, 教授, 从事先进机器人控
制、工业系统故障诊断等研究.
资源评论
