基于改进观测器的故障检测方法研究

基于改进观测器的故障检测方法研究

林树锋

广州市恒力检测股份有限公司 广东省广州市 510000

摘要：在过去的十年中,故障诊断技术得到了广泛的研究和应用,在各个行业中都具有很高的经济影响。针对深沟球轴承的故障诊断技术。人工检查和超声测试是故障诊断中广泛使用的非破坏性技术的示例。这些方法已被证明是昂贵的,因为设备需要停机对里面的机械元件进行详细和定期的检查才能获得令人满意的结果。本文主要分析基于改进观测器的故障检测方法研究。

关键词：故障检测；观测器；自适应阈值；球轴承

引言

随着故障诊断技术不断的发展,目前可以将故障诊断方法大致分为两类:基于数据的故障诊断方法和基于模型的故障诊断方法。其中,基于数据的故障检测方法依赖于历史过程数据,基于模型的故障检测方法是在硬件冗余方法的基础上发展起来的,具有低成本,容易实现的特点。利用角度方法建立具有早期故障的轴承动力学模型。通过压缩感知的方法测量原始轴承数据集,并检测出故障。.基于模型的故障检测方法比基于数据驱动的故障检测方法更加快速,因此基于模型的故障检测方法被广泛使用.基于模型故障检测方法的关键是残差的产生和阈值的设定。

1、故障检测原理

1.1故障状态观测器模型

创建了一个新的基于SVM的异构故障状态观测器，将训练有素的模型连接到望远镜控制系统。状态观测器的输入是驱动系统的状态参数，最终决定是带有观察输出和实际系统输出的决策器，并导出诊断结果。状态观测器是根据SVM模型、基于系统数据和基于dmv创建的。

1.2诊断原理

基于SVM状态观测器的故障诊断系统与望远镜控制系统并行运行。一、观测员以训练系统的历史运行数据为样本，形成SVM模型，并利用训练有素的模型作为观测员输入数据的处理中心；其次，观测者使用训练系统的输入作为输入，观测者分类结果作为输出；最后，将实际的驱动系统输出数据和观测输出数据发送给故障决策者，DMM使用决策算法确定结果是否在信任范围内，确定故障是否已经发生或即将发生。

2、设备维修管理方式

设备维修主要包括两种基本方式：纠正性维修和预防性维修。

2.1纠正性维修

纠正性修复也称为事后修复，是指在设备发生故障或损坏时进行的计划外修复，这种修复会导致设备意外停止生产，并经常造成重大的经济损失，甚至对设备造成致命的损坏。目前主要用于两个领域:第一个领域涉及对生产影响较小的非优先设备或具有替代配置的设备；其次，突然出现故障，设备被迫停机修理。

2.2预防性维修

随着设备自动化水平的提高，长期持续的生产需求，设备管理立足于减少设备故障造成的异常停产造成的经济损失，促进了设备的预防和维护的发展，操作与维护之间的分工预防性维护分为三大类:计划维护(该国大多数企业普遍使用)根据设备的理论寿命和使用寿命确定设备的维修周期；定期维护和标准设备更换；计划维护通常不知道设备是否良好全面生产和维修以抽查为基础，设备操作员负责日常抽查，专业维修人员负责定期抽查，根据标准和程序及早发现设备异常和质量差，制定维修计划 及时维修设备，消除操作故障风险，有效防止设备维修过度和不足，但对人员质量的要求很高。 通过不断改进电子信息技术和采用通过振动分析、声波分析、石油流体分析和监测和诊断设备健康状况的技术，扩大了设备的预测和维修，从而促进了维修的预测预测性修复采用传感器监控、设备运行数据收集、诊断设备异常状态的专业系统设计、设备故障的预先确定、故障前进行修复的正确时间选择，并实现设备的优化利用。

3、大型抽水泵预测性检修

3.1项目背景和意义

湛化公司生产用水资源密集型，主要依靠三口井抽水站和一口海水抽水站的供水，每口配备三台大型水泵，两台一台，泵房离主厂房较远，需要五组三组。随着4G/5G网络复盖面的扩大和数据传输质量的不断提高，建立了无线实时监测的技术基础。采用远程预测系统进行水泵维修将消除操作者，降低人力和供水成本，从而提高成本效益。

3.2技术背景

监控离心泵状态的常用方法包括振动分析、电动机电流分析、振动分析等，有助于诊断叶轮损坏、轴承损坏、叶轮偏心、密封性磨损等缺陷。在线故障排除技术包括三种主要方法:建模、信号处理和知识。模型故障诊断主要是分析系统模型与实际系统之间的状态缺陷。使用观察程序是用于状态监视的模型诊断模式。观测器根据实际输出值和系统输入来设计观测器，以重建系统状态模型，观测器和系统输出误差构成故障发生器，用数学和统计方法分析故障信号，比较故障检测阈值以判断故障由于设备运行中断，传统观测器的诊断效果经常受到影响，而拖动观测器为不确定系统添加了一种滑移控制算法，观测误差可以保持滑移模式，观测误差对于扰动很大，误差接近于零。

4、滑模观测器的速度控制

上文中已经详细地说明了滑模观测器的功用以及它的重要性，那么这里就需要开始讲解滑模观测器的控制方法。首先我们要知道滑模观测器的设计过程需要设计哪些方面，这里我们所需要进行探讨的部分就是滑模观测器的控制系统组成方面，滑模观测器的速度控制系统一般情况下，其所控制的各个设备进行组成，这其中可能包括各种各样的技术和公式。就意味着如果想要让滑模观测器的系统性能提升，那么就需要对技术和公式都进行设计改良。第一个我们所选择的方式就是对速度控制系统的算法进行一定的设计，我们要知道的是滑模的速度控制一般情况下是基于相平面的控制，其主要的原因是在任意出发位置都能够通过趋近律进行控制，然后引导到滑模面上进行进一步的控制。但是，与此同时传统的滑模观测器会面临抖振问题，我们可以通过双曲正切函数进行sgn函数的替换尽可能地减少抖振问题的影响，但是同时又会导致整个系统的鲁棒性下降，然后我们又需要通过解决鲁棒性的下降进行系统性能的提升，然后又会导致抖振问题，各个问题环环相扣。这同样也是我们所选择的技术方面的改良，我们直接通过更换滑膜控制器的方式来解决原本传统的滑膜控制器所无法做到的事情，从而提升整个速度控制系统的性能。通过技术的更迭来增加原本传统的滑模观测器所无法做到的事情，还能够通过技术的更迭来提升整个传统的滑膜观测器性能。另一方面就是关于速度控制系统的改良，我们要知道的是速度控制系统当中所包含着整个电机的动作模块，也就是速度控制器的运行根本。速度的控制主要来源于算法，而为了能够更好地提升整个系统的性能，那么对算法就需要进行一定的更新和改良。所需要进行设计的部分就是速度的控制算法，速度控制系统所拥有的系统惯量十分巨大，同时其所需要的控制精度也很高，所以速度控制算法也是一个必要的事物。另外，在进行速度控制算法的设计时，需要注意的地方一般情况下是，在改良的时候，我们需要保证我们是为了能够获得更好的控制效果，而进行速度控制算法的改良。那么在改良速度控制算法的过程中，最为重要的就是提高算法对于系统的控制力，如果控制力达到要求，那么这个速度控制算法就是成功的。

结束语

本文提出了一种基于改进观测器的故障检测方法。当没有故障时,基于改进的观测器产生残差远低于未知扰动幅值,而在发生故障时,残差高于故障幅值,结果表明,性能指标的引入提升了观测器产生残差的故障敏感度以及未知扰动鲁棒性。自适应阈值中的参数通过优化,使得当无故障发生时自适应阈值与残差之间的距离较小且高于残差.一旦发生故障,残差高于自适应阈值,此时将发出故障警报。

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