电磁线圈故障诊断与健康状态预测方法研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 郭海丰
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| 答辩日期 | 2021-05-21 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 沈阳 |
| 导师 | 徐皑冬 ; 王锴 |
| 关键词 | 电磁线圈 状态评估 失效阈值 剩余寿命预测 故障诊断 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 检测技术与自动化装置 |
| 其他题名 | Research on fault diagnosis and health state prediction of electromagnetic coil |
| 英文摘要 | 电气设备广泛应用于制造业的各个环节，也是智能制造技术得以实施的关键。电磁线圈是变压器、电磁阀、电动机、机器人等工业设备的核心组件。电磁线圈的安全可靠运行是设备健康运行的前提。因此，本课题以众多电器设备的核心组件电磁线圈为研究对象，以提升设备的安全性和可靠性为目的，借助敏感特征信息，对电磁线圈的健康状态评估和剩余使用寿命预测方法展开了理论研究和实验验证。本文的主要研究内容包括如下方面：(1)针对电磁线圈失效机理研究的空白，本文结合电磁线圈的主要应用环境，提出了基于热应力条件下的蠕变退化失效机理，分析了电磁线圈受到热应力的长期作用，电磁线圈绝缘材料的逐渐退化导致电磁线圈失效的变化过程。同时借助电磁线圈的高频等效电路模型，把寄生电容引入等效电路模型，在理论层面验证了电磁线圈绝缘材料的蠕变变形量与高频电学参数存在关联关系。针对电磁线圈热应力条件下全生命周期数据的空白，本文搭建了加速疲劳试验平台，首次获取了恒定温度条件下的电磁线圈全生命周期数据。(2)针对电磁线圈高频参数众多而敏感退化特征难以确定的问题，分析了退化过程与时间序列的相关性，提出了基于斯皮尔曼等级相关系数的电磁线圈敏感退化特征参数确定方法。借助电磁线圈退化的时间序列特性，利用高频电学数据与时间序列的相关性评价结果，确定了电磁线圈的敏感退化特征，并结合电磁线圈的全生命周期数据验证了斯皮尔曼等级相关系数确定的敏感退化特征参数的有效性。(3)针对高频特征参数易受外界干扰的缺点，提出了基于马氏距离的电磁线圈状态评估方法研究。利用马氏距离实现电磁线圈的多维敏感退化特征的有效融合，构建马氏空间，解决了单一敏感退化特征抗干扰能力弱的问题。针对电磁线圈退化早期数据不足而实现健康状态评估困难的缺陷，在马氏空间的基础上采用Box-Cox变换方法，构建了电磁线圈的健康指数、退化阈值与故障阈值，实现了退化早期的电磁线圈健康状态评估。(4)针对基于数据驱动模型和失效物理模型的剩余使用寿命预测方法需要大量数据和物理模型实时性不足的缺点，提出了数据驱动与失效物理模型的融合预测方法。结合电磁线圈的失效机理并借助实验数据确定了谐振频率与绝缘材料变形量的关联关系。依据电磁线圈的全生命周期数据建立了退化寿命模型，针对电磁线圈寿命模型的非线性非高斯的特点，提出了基于粒子滤波算法的电磁线圈剩余使用寿命预测方法，实现了电磁线圈的趋势预测和剩余使用寿命预测。 (5)针对设备存在突发故障难以识别的问题，本文以电磁阀为研究对象，提出了基于小波包能量熵的电磁阀故障诊断方法研究。借助振动信号特征，利用小波包并结合电磁阀的不同故障模型，实现了基于小波包能量熵的振动信号特征的电磁阀故障溯源。针对电磁线圈难以在线数据获取的问题，构建了绝缘健康监测模块，同时针对电磁线圈构建了面向智能制造的设备/组件衰退管理构想，借助上述研究实现设备/组件的故障诊断、状态评估及剩余使用寿命预测，为未来智能化设备提供了可能。 |
| 语种 | 中文 |
| 产权排序 | 1 |
| 页码 | 130页 |
| 源URL | [http://ir.sia.cn/handle/173321/29008]  |
| 专题 | 沈阳自动化研究所_工业控制网络与系统研究室 |
| 作者单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郭海丰. 电磁线圈故障诊断与健康状态预测方法研究[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：沈阳自动化研究所
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