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對機電系統(tǒng)的故障診斷方法及應(yīng)用分析

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隨著科技的不斷發(fā)展，機電系統(tǒng)系統(tǒng)技術(shù)也在不斷的提高，其在多個領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。繼電系統(tǒng)涉及物理、化學(xué)、生物、電子、機械、信息工程和材料工程等多種學(xué)科和工程技術(shù)。我們所應(yīng)用的繼電系統(tǒng)更加趨于復(fù)雜化、自動化，整個機電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生故障的可能性也隨之增加。機電系統(tǒng)出現(xiàn)故障會造成嚴重的經(jīng)濟損失，影響到項目進度。本文對機電系統(tǒng)的故障診斷方法及應(yīng)用進行分析，對預(yù)防機電系統(tǒng)發(fā)生故障有很大的提高。

一、引言

隨著機電系統(tǒng)在各個行業(yè)的廣泛應(yīng)用，人們對機電系統(tǒng)故障的診斷更加關(guān)注，推動了機電系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)的快速發(fā)展。機電系統(tǒng)的故障診斷主要分為被診斷系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的技術(shù)，和以觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的技術(shù)。其中診斷系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型技術(shù)以適合非常精確的數(shù)學(xué)模型的機械系統(tǒng)，在其他機械系統(tǒng)中的應(yīng)用非常少。第二類是通過分析和測量數(shù)據(jù)來檢測系統(tǒng)故障，這一類對機電系統(tǒng)的檢測非常的簡單實用，在電氣系統(tǒng)的故障診斷中得到廣泛應(yīng)用。

二、故障診斷的常用方法

機電系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)發(fā)展迅速，有很多故障診斷的方法，常用的總結(jié)如下：

2.1 、FFT原理

為了最有效的對機電系統(tǒng)故障進行診斷，需要根據(jù)機電系統(tǒng)的運行特征來對故障選擇適合的方法進行診斷。在機電系統(tǒng)的故障診斷中，需要明確機電系統(tǒng)的運行周期，根據(jù)其周期性特征，我們采用頻譜分析來進行診斷，把復(fù)雜的時間歷程波形，經(jīng)過傅里葉變換分解為若干個諧波，同過對單一諧波的研究獲得信號信息。我們可以用FFT原理來實現(xiàn)多種通道的信號，包括自相關(guān)、互相關(guān)、互譜、梳狀濾波等。其中互相干、互譜的使用頻率比較低，因為其需要多個通道。

2.2 、非線性的處理

非線性的處理方式是在獲得非線性系統(tǒng)模型之后，對機械系統(tǒng)中的故障進行處理，需要對系統(tǒng)設(shè)備進行仔細的分析。其中運用到很多數(shù)學(xué)計算。包括集合、微積分等。非線性的處理方法是通過計算所獲得的，所以在對機電系統(tǒng)故障進行檢測時，可以準備、直觀的對系統(tǒng)故障進行分析求解。

2.3 、非穩(wěn)態(tài)信號處理

在電機系統(tǒng)故障的檢測中經(jīng)常使用的方法還有非穩(wěn)態(tài)信號處理方法，其主要類型包括：諧和變頻信號、瞬態(tài)信號和寬帶變譜信號。這三種類型分別對應(yīng)著不同的分析方法。比如和諧變頻信號采用Prony諧和譜估計法，瞬態(tài)信號采用小波分析法，寬帶變譜信號采用現(xiàn)代譜分析算法。這些分析方法得到普遍的關(guān)注，并在故障的分析上得到廣泛的應(yīng)用。

2.4 、診斷推理

在對機電系統(tǒng)故障進行診斷時，診斷推理的方法被經(jīng)常使用，根據(jù)科學(xué)的方法對系統(tǒng)進行診斷，通過診斷推理來分析故障的方法通?；诳刂颇Ｐ偷脑\斷、人工智能的診斷、模糊理論和粗糙理論等。

三、機電系統(tǒng)故障診斷方法的應(yīng)用

小波分析是近些年來迅速發(fā)展的一門學(xué)科，受到很多國家的關(guān)注，隨著小波的迅速興起，小波分析的發(fā)展逐步加快，并且在各個領(lǐng)得到廣泛的應(yīng)用。

小波分析在故障診斷中的應(yīng)用是比較重要的方面。其優(yōu)先于傅里葉分析在于它的時域和頻域都具有良好的局部化性質(zhì)，由于高頻成分采用逐漸精細的時域或空域取樣，從而可以聚焦到對象的任何細節(jié)上。從目前小波分析完成情況上看，小波分析可以替代傅里葉分析，因為傅里葉分析不能用于局部分析，小波分析彌補了其這點的不足。

3.1 、利用觀測信號頻率結(jié)構(gòu)的變化對機電系統(tǒng)的故障診斷

正交小波交換被分為離散型和連續(xù)型兩種。兩種交換的時頻特性非常相似，可以描述出信號的頻譜含量隨時間的變化情況，正交小波通過數(shù)據(jù)算法對信號的頻率變化情況進行計算。在對機電系統(tǒng)進行診斷時，采用一定的措施消除系統(tǒng)狀態(tài)變化意外的因素對觀測信號的影響，確保能夠檢測出系統(tǒng)故障。

3.2 、瞬態(tài)信號檢測故障

瞬態(tài)信號指的是在時域上非常短暫，持續(xù)時間僅在幾十到幾百毫秒的信號。近年來瞬態(tài)信號在語音、雷達、地震等許多領(lǐng)域都收到人們的重視。對于機電系統(tǒng)瞬時的檢測符合實際情況的瞬態(tài)頻譜。小波分析的特點是其可以描述信號局部特征，在檢測正常信號發(fā)現(xiàn)反常信號時，需要檢測系統(tǒng)中存在的反常信號的成分，并對其進行分析。這種瞬態(tài)信號檢測故障技術(shù)在逐步完善，已經(jīng)在機械設(shè)備的信號分析中被廣泛地應(yīng)用。

3.3 、利用變換檢測信號檢測故障

機電系統(tǒng)的故障檢測中，其信號本身是沒有規(guī)則的，信號上面攜帶著很多重要的信息，可以通過信號的變化判斷出系統(tǒng)故障。所以說信號的變化是機電系統(tǒng)故障檢測中的關(guān)鍵點所在。信號的突變通常反映了震蕩、摩擦、撞擊等系統(tǒng)故障。小波分析可以提取出局部信號的不同點，確定出信號發(fā)生突變的時間，以及信號發(fā)生突變的類型。通過信息的采集，對系統(tǒng)故障的發(fā)生時間和類型進行判斷，找到系統(tǒng)的故障原因?qū)ζ湓\斷。

3.4 、通過噪聲特征對機電系統(tǒng)故障診斷

在機電系統(tǒng)發(fā)生故障之前，我們不難發(fā)現(xiàn)很多系統(tǒng)的共同點是都是會發(fā)出一些噪聲，系統(tǒng)往往是因為零件故障而發(fā)出噪聲，所以對機電系統(tǒng)的診斷可以通過機電系統(tǒng)發(fā)生故障的噪聲進行分析。噪聲的情況可以通過小波分析提取得出，根據(jù)提取出的信息對噪聲特征進行分析，對系統(tǒng)的故障進行判斷。因為系統(tǒng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)的噪聲有一定的差異，時頻特性就會有很大的區(qū)別，可以通過這一特點，將不同頻率的信號分開，對系統(tǒng)故障進行檢測。

總結(jié)：

隨著現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展，機電系統(tǒng)的可靠性和安全性已經(jīng)成為保障經(jīng)濟效益和社會效益的重要因素。系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)已經(jīng)成為目前機電系統(tǒng)的熱點問題。對機電系統(tǒng)的故障診斷具有現(xiàn)實的意義。對故障診斷方法的分析，了解故障診斷的由來和意義，可以更好的分析機電系統(tǒng)的故障診斷。機電系統(tǒng)的故障診斷方法很多，本文以小坡分析為例對系統(tǒng)的故障診斷應(yīng)用進行分析，證明小坡理論的信號處理方法對系統(tǒng)故障診斷十分有效。所以小波分析將是今后重點研究的對象。小波變換中的小波基函數(shù)的選擇問題，對于不同的對象特征如何選擇合適的小波函數(shù)，以及小波函數(shù)的標準是什么，這些問題都沒有完全的解決，需要以后不斷的研究。同時小波分析是在不斷發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，可以與其他方法相結(jié)合來分析系統(tǒng)故障，對其進行分析具有重要意義。

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