基于非线性频率响应函数的输电线路故障在线监测方法

提出了基于非线性频率特性分析的输电线路状态监测与故障诊断新方法。通过电力载波信号对输电线路进行在线监测,运用非线性频率响应函数对系统固有特性描述的唯一性,建立输电线路不同运行状态的频率响应模式,根据发生故障后传输线频率响应特性的变化,进行故障征兆模式的特征抽取与识别,从而实现输电线路故障的在线监测与诊断。通过对不同故障类型的仿真实验,验证了所提方法的有效性。

电缆绝缘老化非线性频率响应检测方法

本文提出了一种使用非线性频率响应函数来监测电缆绝缘老化,根据发生绝缘老化后频率响应特性的变化,进行故障征兆模式的特征抽取和识别,从而实现对电力电缆绝缘故障的在线监测与诊断。通过对仿真结果的分析,验证了所提方法的有效性。

基于非线性输出频率响应函数的液压管路故障诊断研究

航空液压管路系统受到多源激励的影响,在工程应用中经常发生管路系统振动故障。针对长跨距管路系统振动故障定位困难的问题,采用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)测试技术开展了长跨距管路系统振动信号分布式测量,并提出结合非线性输出频率响应函数(Nonlinear Output Frequency Response Function,NOFRF)分析方法实现液压管路系统卡箍松动和管体碰撞故障的准确定位。采用FBG传感器对长跨距管路系统振动信号进行分布式测量,克服了传统加速度测试过程中的电磁干扰和复杂布线问题;采用NOFRF指标提取卡箍松动和管体碰撞的故障特征,实现了对微弱故障的早期监测和准确定位。试验结果表明,所提方法可有效定位卡箍松动和管体碰撞故障。

基于非线性输出频率响应函数的裂纹故障诊断方法研究

将非线性输出频率响应函数(nonlinear output frequency response function,NOFRF)引用到裂纹转子的故障诊断中,提出基于NOFRF的转子裂纹的故障诊断方法。该方法通过辨识不同位置、不同深度的裂纹转子的NOFRF值,对裂纹故障进行诊断,得到一些有价值的结论。实验结果表明,系统各阶NOFRF值对转子裂纹不同位置和深度的变化相当敏感,可有效辨识裂纹故障的严重程度。

基于非线性输出频率响应函数的多裂纹转子故障诊断方法研究

相对单条转子裂纹的故障诊断,多条裂纹的故障诊断更复杂,也更困难。以两条裂纹为例,将非线性输出频率响应函数(NOFRF)引入到具有两条裂纹转子系统的故障诊断中,提出了一种基于NOFRF的多裂纹转子故障诊断新方法,并且对比分析了两条裂纹不同夹角、不同裂纹深度下NOFRF值的变化情况。实验结果表明,NOFRF值对裂纹故障具有很高的敏感性,根据NOFRF值的变化情况,不仅能反映转子系统裂纹是否存在,还能反映两条裂纹之间的夹角、裂纹深度的变化情况。因此,利用NOFRF值,可以有效地监测转子系统中多条裂纹故障。

基于非线性输出频率响应函数的转子碰摩故障诊断方法研究

以碰摩故障为研究对象,将非线性输出频率响应函数(NOFRF)引入到含有碰摩的转子系统故障诊断中。对比分析在转子与定子不同间隙下的转子系统NOFRF值的变化情况,并进行了试验验证。结果表明故障转子系统的NOFRF值对转子与定子不同间隙的变化非常敏感,因此,可以利用转子系统的NOFRF值对碰摩故障的敏感性,不仅可以有效地区分转子系统中的碰摩故障,而且还可以有效地识别转子系统中的碰摩故障的严重程度。

基于非线性输出频率响应函数的斜裂纹转子故障诊断方法研究

以斜裂纹为研究对象,将非线性输出频率响应函数(Nonlinear output frequency response function,NOFRF)应用到含有斜裂纹转子系统的故障诊断中。对比分析了斜裂纹不同倾角,不同裂纹深度和不同裂纹位置下的NOFRF值的变化情况,得到了具有一定价值的结论。实验结果表明,系统的NOFRF值对裂纹的不同倾角、裂纹的不同位置和裂纹深度的变化相当的敏感。因此,根据系统的NOFRF值的变化情况,可以有效监测转子系统中的斜裂纹故障。

不同深度呼吸型斜裂纹转子的非线性输出频率响应特性分析

将具有呼吸型斜裂纹的转轴作为研究对象,结合非线性输出频率响应函数(NOFRF)理论对转轴上的斜裂纹故障进行识别。根据非线性输出频率响应函数理论及辨识算法求出系统不同阶次的NOFRF值,并对斜裂纹转子在不同裂纹深度时的NOFRF值进行分析。实验结果表明,随着裂纹深度的增加,系统的非线性特性会随之变强,根据系统的NOFRF值对裂纹的不同深度比较敏感这一特征,从而实现对转轴上的斜裂纹故障进行准确的诊断。

非等温CSTR周期操作的非线性输出频率响应评估

为实现快速且准确地评估化工过程周期操作对系统性能提升的有利性,提出了一种基于非线性输出频率响应函数(NOFRFs)的化学反应周期操作评估新方法,对非等温连续搅拌反应釜(CSTR)进料流流量周期操作进行评估。首先对系统进行稳定性分析,然后对系统进行周期操作,得到输入输出数据,确定各阶NOFRFs,最后通过计算系统性能指标实现周期操作的评估。仿真结果表明:施加周期操作后,反应物浓度的平均值低于稳态值,转化率得到了提高,提出的方法优于传统的非线性广义频率响应函数(GFRFs)方法,能够快速有效地对周期操作进行评估,为其他类型的化学反应过程周期操作的评估提供参考。

多自由度局部非线性系统频域响应及非线性位置的辨识方法

研究了因与外部接触而发生局部非线性的动力学系统.基于NOFRF理论,对系统中出现的各次谐波分量进行研究,推导出了该类系统各自由度各阶谐波分量的表达式.证明了该类动力学系统中各自由度之间高次谐波分量的与原线性系统动柔度矩阵的相关元素成正比关系,并据此提出了一种简洁的局部非线性位置的辨识方法.采用这种方法,可以通过结构体中任意两个部位之间的高次谐波分量的比值关系,经过一次谐波激励而辨识出非线性的具体位置.对一个多自由度系统进行数值仿真,验证了该方法的有效性.

多频简谐激励下裂纹梁的非线性振动响应

主要对含裂纹梁在振动与超声波联合激励下所出现的非线性动力响应的机理和特性进行研究.将疲劳裂纹在外加激励下的状态简化为周期性张开-闭合的非线性过程,基于圣维南原理,采用有限元方法建立了含非对称疲劳裂纹梁的非线性数值分析模型.利用非线性输出频率响应函数(NOFRFs)概念,对裂纹梁在高-低频简谐激励下所出现的非线性动力响应特性的机理进行了解释.具体以悬臂梁为例,仿真分析了裂纹深度和裂纹位置等参数的变化对系统非线性动力响应特性的影响规律.

一类非线性系统的广义伴随线性方程分析研究

非线性输出频率响应函数是线性系统理论中频率响应函数在非线性系统中的一种推广,越来越多的学者已将其应用在结构损伤检测及故障诊断中.基于Volterra级数理论与由非线性微分方程描述的单输入单输出非线性系统的广义频率响应函数递归计算公式,利用多重积分性质和多维傅里叶变换,将广义频率响应函数映射到了一维频域中,推导出了一类非线性系统的广义伴随线性方程计算公式.研究表明,这类系统的第n阶非线性输出响应是以系统输入激励和前n-1阶非线性输出响应的组合函数作为广义激励作用到系统各阶广义伴随线性方程中的输出响应,最后通过求解一系列线性微分方程可得到这类非线性系统的任意阶非线性输出响应,其结果弥补了伴随线性方程无法求解这类非线性系统的不足.同时,针对广义伴随线性方程的数值计算问题,论文提出了一种耦合计算法,提高了计算非线性输出响应的精度,为非线性输出频率响应函数的计算提供了一种新思路.最后利用广义伴随线性方程与线性算子理论研究了两种典型非线性系统中非线性现象产生的原因,研究结果为非线性系统的分析与设计提供了一种有效途径.

PtRu/C表面甲醇电催化氧化动力学的非线性谱学分析

应用新一代电化学谱学分析方法——总谐波失真(THD)谱考察了PtRu/C表面甲醇电催化氧化的非线性频响行为,并通过对比Ru含量不同的催化剂表面甲醇氧化THD谱的实验表征与数值模拟结果,探讨了其在甲醇电催化氧化机理识别以及电极性能诊断中应用的可行性.THD谱的实验结果表明,在0.25~1 Hz频率范围内,THD谱强度随Ru含量的降低而增加,随甲醇浓度损失的降低而降低.相反的变化趋势使THD相比于电化学阻抗谱(EIS)在这2种失效的诊断中优势更加明显.THD谱的数值模拟结果表明,在中间产物氧化电势相关性与反应物等温吸附模式不同的机理比较中,基于Kauranen-Frumkin/Temkin机理的甲醇氧化动力学可以再现不同Ru含量的PtRu/C表面甲醇电催化氧化的线性与非线性频率响应结果.

结合非线性频谱与贝叶斯网络的复杂装备传动系统故障诊断

针对复杂装备传动系统的故障诊断问题,提出了一种非线性频谱特征与贝叶斯网络相结合的故障诊断方法。为了克服基于Volterra级数的广义频率响应函数所存在的计算量膨胀问题,采用一维的非线性输出频率响应函数获取传递频谱特征。针对非线性频谱故障征兆与多故障模式之间存在不确定性,采用朴素贝叶斯网络进行故障识别。建立了数控装备伺服传动系统模型,重点研究了伺服传动系统永磁同步电动机定子过热与机电过载故障的诊断问题。通过前3阶非线性频谱特征构建了伺服传动系统贝叶斯诊断网络模型,给出了故障检测与识别的具体算法。故障诊断实验结果表明提出方法的故障识别率高、实时性好,平均识别率和识别时间分别为97.5%和0.26 ms。

基于非线性输出频率响应函数的转子不对中-碰摩耦合故障诊断方法研究

基于非线性输出频率响应函数(NOFRF)的独特优势,将非线性输出频率响应函数引入到转子不对中-碰摩耦合故障中,提出了基于非线性输出频率响应函数的转子不对中-碰摩耦合故障诊断方法。利用提出的方法辨识得到了不同对中度及其角度的转子系统的NOFRF值,对比分析了不对中度及其角度对转子系统各阶NOFRF值的影响。仿真结果表明随着不对中度和角度的增加,NOFRF中二次谐波二阶非线性输出频率响应函数和二次谐波四阶非线性输出频率响应函数有着较为明显的增幅;一次谐波三阶非线性输出频率响应函数随不对中角度的增加而减小。因此,可以依据二次谐波二阶非线性输出频率响应函数、二次谐波四阶非线性输出频率响应函数、一次谐波三阶非线性输出频率响应函数值的变化规律识别转子系统的不对中程度。最后通过试验结果验证了仿真结果的正确性,研究成果为具有不对中-碰摩耦合故障的转子系统的故障诊断提供了重要的依据。

结合非线性频谱和核主元分析的机器人用RV减速器故障诊断

针对机器人用RV减速器故障诊断准确率低问题,采用基于非线性输出频率响应函数频谱与核主元分析(KPCA)相结合的方法诊断RV减速器故障。利用RV减速器性能测试平台采集减速器在正常状态和故障状态下的输入和输出数据;采用批量估计算法得到每种状态下的前4阶频谱值,将其作为故障特征送入KPCA进行压缩,通过设置主元累计贡献率将400维数据压缩至5维;将KPCA生成的低维数据送入支持向量机分类器进行训练和测试。试验结果表明:与仅把振动信号时域或频域作为数据集进行故障诊断的方法相比,所提方法的故障诊断准确率分别提升了27.50%和8.34%,达到了96.67%,所提方法在RV减速器的故障诊断上有效。

工业机器人驱动系统非线性频谱故障诊断方法

针对广义频率响应函数(GFRF)在故障诊断中存在计算量大、无法满足系统对诊断实时性要求的问题,提出基于非线性输出频率响应函数(NOFRF)的工业机器人驱动系统故障诊断方法。该方法构建系统一维频谱函数的辨识模型,将系统的输出频谱与估计频谱进行比较求出残差,根据残差大小改变辨识步长迭代出前4阶频谱;对获取到的4阶频谱进行逐阶采样,每阶频谱采集10个数值,共40个频谱构成40维特征矢量,将其作为系统的故障特征输入核主成分分析方法(KPCA)进行压缩,通过计算主元累计贡献率将高维数据压缩至3维,降低变量之间的非线性度;构造SVM分类器,将KPCA方法生成的低维数据中60%的数据作为训练集对分类器进行训练,将40%的数据作为测试集进行故障识别。实验结果表明,在相同的数据提取任务下,与基于GFRF的方法相比,所提方法节约时间854%,可以准确、快速地提取系统故障特征,进一步验证了该方法在工业机器人驱动系统故障诊断应用上的可靠性。

采用非线性频谱的重载工业机器人故障机理分析

针对重载机器人故障机理分析问题,利用非线性频谱分析重载机器人系统故障特性。考虑重载机器人系统中存在的柔性关节,在重载机器人刚柔耦合动力学模型基础上,利用递推法建立重载机器人关节的前4阶基于输出频率响应函数的非线性输出频率响应函数(NOFRF)频谱计算模型,得到不同疲劳故障程度下的NOFRF频谱;利用NOFRF频谱对关节发生机械疲劳时高次谐波成分和亚共振现象进行分析解释,并进行了故障诊断实验。结果表明:NOFRF频谱对关节疲劳故障很敏感,能够较好地解释重载机器人因关节机械疲劳故障产生抖动现象的机理;与利用系统输出频域和时频域信号进行故障诊断的方法相比,所提采用NOFRF频谱作为故障特征的方法在重载机器人的诊断准确率分别提高了19.38%和6.88%,达到了93.13%。

隔离信号调理模块自动校准系统设计

针对隔离信号调理模块型号多、参量多、使用量大,采用手动计量校准耗时耗力、容易出错、工作效率低等问题,在VEE Pro软件开发平台上,设计开发出一套隔离信号调理模块自动校准系统。该系统包括仪器信息记录、校准及打印输出三个主模块,测试过程采用实时测试显示,自动进行数据处理并存档。使用结果表明:该系统操作简便,提高了工作效率及准确度,降低了人为出错几率,确保了测试数据准确可靠。

基于NARMAX模型和NOFRF结构损伤检测的实验研究

非线性输出频率响应函数是由Volterra级数发展而来的频域概念,可方便在频域对非线性系统进行分析,它是频率的一维函数.本文主要介绍了利用NARMAX模型以及NOFRF对结构进行损伤检测的方法,并利用实验研究证实了该损伤检测方法的可行性.另外,由于系统非线性特性可用来做结构损伤检测,且具有对系统状态比较敏感的优点,而基于NOFRF的损伤检测方法是利用非线性方法来分析系统的状态,该方法提取出的特征属于非线性特征,所以该损伤检测方法可以用来做结构损伤检测,且具有对系统状态比较敏感的优点.