液压气动系统状态监测与故障诊断技术

第1 章　绪论 1

1.1 液压系统故障诊断技术的发展简史 1

1.2 液压系统故障诊断技术的发展趋势 3

1.3 液压系统故障检测与诊断新方法 4

1.3.1 小波理论方法 5

1.3.2 频谱细化方法 5

1.3.3 混沌分形理论方法 6

1.3.4 Lyapunov指数及关联维数方法 6

1.3.5 信息熵方法 7

1.3.6 贝叶斯网络方法 7

1.3.7 Hilbert-Huang变换方法 8

1.3.8 神经网络方法 8

1.3.9 多源信息融合方法 10

1.3.10 人工免疫方法 11

1.3.11 灰色系统方法 12

1.3.12 核主元分析方法 13

1.3.13 支持向量机方法 14

1.3.14 证据理论方法 15

1.4 本书的主要内容 16

本章参考文献 17

第2 章　气动系统的常见故障与排除方法 19

2.1 气动系统使用中的常见故障 19

2.1.1 气源质量不良 19

2.1.2 气动元件故障 20

2.2 气动系统常见故障的排除 21

2.2.1 气源质量不良故障的排除方法 21

2.2.2 气缸故障的排除方法 23

2.2.3 气动控制阀故障的排除方法 25

2.2.4 气动辅助元件故障的排除方法 26

本章参考文献 27

第3 章　气动系统的故障诊断技术与工程应用实例 28

3.1 气动系统故障的基本特征及常用的诊断方法 28

3.1.1 气动系统故障的基本特征 28

3.1.2 气动系统常用的诊断方法 28

3.2 气动系统故障诊断的基本原理及后处理 29

3.2.1 故障诊断的基本原理 29

3.2.2 故障诊断的后处理 31

3.3 气动系统的故障诊断技术方法 31

3.3.1 基于CBM 的气动系统故障诊断技术 31

3.3.2 基于故障树的气动系统故障诊断技术 35

3.4 气动系统故障诊断技术的工程应用实例 36

3.4.1 混凝土搅拌站气动系统故障的排除 36

3.4.2 热风整平机气动系统常见故障的排除 38

本章参考文献 41

第4 章　液压泵多传感器状态监测系统 42

4.1 状态监测试验系统组成 42

4.2 轴向柱塞泵典型故障及故障特征频率 43

4.2.1 轴向柱塞泵典型故障机理分析 43

4.2.2 轴向柱塞泵典型故障的特征频率 44

4.3 振动传感器及其测点位置的选择 45

4.3.1 振动传感器的选型 45

4.3.2 振动传感器的安装方式 46

4.3.3 x 和y 方向测点位置的选取 47

4.4 声级计及其测点的选择 53

4.4.1 声级计的选型 53

4.4.2 声级计测点的确定 53

4.5 轴向柱塞泵状态监测系统 54

4.6 轴向柱塞泵的故障模拟 55

4.7 试验数据采集 56

4.7.1 信号采集的参数设置 56

4.7.2 故障模式下的试验数据采集 56

本章参考文献 56

第5 章　基于信号多信息域分析的故障特征提取 58

5.1 基于小波包滤波消噪及Hilbert包络解调的信号处理 58

5.1.1 小波包滤波消噪 58

5.1.2 Hilbert变换包络解调方法 60

5.1.3 基于小波包滤波消噪及包络解调的信号处理 62

5.2 信号的时域特征提取 62

5.2.1 有量纲参量 62

5.2.2 无量纲参量 64

5.2.3 振动和声音信号的时域特征提取 64

5.2.4 压力信号的时域特征提取 67

5.3 信号的频域特征提取 69

5.3.1 频域特征参量 69

5.3.2 声音信号的频域特征提取 70

5.3.3 压力信号的频域特征提取 71

5.4 信号的时频域特征提取 72

5.4.1 时频域特征参量 72

5.4.2 信号的时频域特征提取 73

5.5 信号的多信息域故障特征向量构建 75

本章参考文献 75

第6 章　灰靶理论在液压泵故障等级评估中的应用 77

6.1 灰色理论及灰靶理论分析方法 77

6.1.1 灰色理论概述 77

6.1.2 灰色理论诊断方法 78

6.1.3 灰靶理论及灰靶贡献度 81

6.2 主分量分析及最大熵谱估计 83

6.2.1 信号的谱估计 83

6.2.2 主分量分析与故障信息分离 86

6.2.3 液压泵故障信号的最大熵谱估计 87

6.3 基于灰靶理论的液压泵故障模式识别 88

6.3.1 液压泵故障诊断试验系统 88

6.3.2 基于灰靶理论的液压泵故障模式识别步骤 88

6.3.3 振动信号的预处理 90

6.3.4 故障振动信号功率谱分析及特征提取 91

6.3.5 基于灰靶理论的故障等级评估 94

本章参考文献 96

第7 章　基于灰色神经网络的故障诊断方法 97

7.1 灰色神经网络 97

7.1.1 基于知识的故障诊断方法 97

7.1.2 灰色理论 98

7.1.3 神经网络 100

7.1.4 灰色理论与神经网络的结合 102

7.2 液压泵状态监测试验 104

7.2.1 液压泵的状态监测 104

7.2.2 监测数据的采集 105

7.3 基于灰色神经网络方法的故障诊断 107

7.3.1 信号处理 108

7.3.2 特征向量提取 112

7.3.3 灰色神经网络故障诊断 115

本章参考文献 118

第8 章　基于混沌神经网络的故障诊断方法 119

8.1 混沌神经网络的理论基础 119

8.1.1 混沌及其特征 119

8.1.2 混沌的判据 121

8.1.3 Logistic映射分析 122

8.1.4 神经网络概述 124

8.1.5 误差反向传播神经网络 125

8.1.6 前向混沌神经网络及其学习算法 127

8.2 液压泵振动信号的分析与处理 131

8.2.1 短时最大熵谱分析 131

8.2.2 小波包带通滤波和消噪 132

8.2.3 Hilbert包络解调 133

8.3 混沌神经网络在液压泵故障诊断中的应用 135

8.3.1 基于前向混沌神经网络的故障诊断过程 135

8.3.2 液压泵各状态振动信号的采集 136

8.3.3 前向混沌神经网络的设计 136

8.3.4 液压泵故障诊断及结果分析 139

本章参考文献 144

第9 章　基于联想记忆神经网络的故障诊断方法 145

9.1 联想记忆神经网络 145

9.1.1 离散Hopfield神经网络 145

9.1.2 联想记忆 149

9.1.3 联想记忆网络应用举例 152

9.2 Hopfield网络的结构改进和学习算法 154

9.2.1 反向传播网络 154

9.2.2 联想记忆神经网络的结构改进 157

9.2.3 粒子群优化算法 158

9.2.4 PSO算法对Hopfield网络权值的优化 160

9.3 基于联想记忆神经网络的液压泵故障诊断 161

9.3.1 振动信号的采集 161

9.3.2 信号预处理及故障特征提取 162

9.3.3 联想记忆神经网络的参数设置 164

9.3.4 基于联想记忆神经网络的液压泵故障识别 168

9.3.5 基于联想记忆神经网络的样本交叉循环训练的故障识别 172

本章参考文献 174

第10 章　基于免疫危险理论的故障诊断方法 175

10.1 人工免疫系统与免疫危险理论 175

10.1.1 生物免疫系统 175

10.1.2 人工免疫系统 177

10.1.3 人工免疫系统的求解算法 178

10.1.4 免疫危险理论 180

10.2 液压泵各状态振动信号的采集与预处理 182

10.2.1 振动信号的采集 182

10.2.2 共振信号的解调 183

10.2.3 液压泵故障状态特征信息的提取 188

10.3 免疫危险理论在特征降维与故障诊断中的应用 191

10.3.1 基于免疫危险理论的液压泵振动信号特征选择算法 191

10.3.2 基于免疫危险理论的故障诊断算法 197

本章参考文献 205

第11 章　基于HHT 和模糊C 均值聚类的故障诊断方法 207

11.1 基于Hilbert-Huang变换的轴向柱塞泵振动信号分析 207

11.1.1 Hilbert-Huang变换 207

11.1.2 轴向柱塞泵状态信号的采集 210

11.1.3 滑靴磨损故障振动信号分析 211

11.1.4 松靴故障振动信号分析 214

11.1.5 中心弹簧失效故障振动信号分析 216

11.2 基于Hilbert-Huang变换的轴向柱塞泵压力信号分析 219

11.2.1 正常状态压力信号分析 219

11.2.2 滑靴磨损故障压力信号分析 221

11.2.3 松靴故障压力信号分析 224

11.2.4 中心弹簧失效故障压力信号分析 226

11.3 基于HHT的故障特征向量提取 229

11.3.1 局部边际能量谱及特征能量 229

11.3.2 振动信号的特征提取 229

11.3.3 压力信号的特征提取 233

11.4 基于模糊C 均值聚类的模式识别 236

11.4.1 模式识别和模糊聚类 236

11.4.2 模糊C 均值聚类算法 237

11.4.3 基于FCMC算法和振动信号的轴向柱塞泵故障识别 238

11.4.4 基于FCMC算法和压力信号的轴向柱塞泵故障识别 239

本章参考文献 242

第12 章　信息熵理论在健康状态评估中的应用 243

12.1 信号在不同分析域中的信息熵特征 243

12.1.1 信息系统的分析模型 243

12.1.2 信息熵的概念 243

12.1.3 信息熵的性质 244

12.1.4 振动信号时域信息熵特征提取 245

12.1.5 振动信号的频域信息熵特征提取 246

12.1.6 振动信号时频域信息熵特征提取 247

12.2 滑靴油膜理论 248

12.2.1 滑靴的磨损形式 249

12.2.2 油膜的热楔效应 249

12.2.3 圆盘的油膜挤压效应 250

12.2.4 静压支承油膜理论 250

12.2.5 滑靴斜盘摩擦副受力分析 253

12.2.6 滑靴偏磨 255

12.3 液压泵健康状态评估的试验研究 256

12.3.1 液压泵健康评估试验系统 256

12.3.2 试验步骤 257

12.3.3 试验结果分析 257

本章参考文献 266

第13 章　基于声音信号的核主元分析故障诊断方法 268

13.1 PCA的基本原理 268

13.1.1 PCA模型 268

13.1.2 统计量的确定 269

13.2 KPCA的基本原理 270

13.2.1 KPCA模型 270

13.2.2 核函数的选取 271

13.2.3 统计量的确定 272

13.3 基于声音信号的KPCA故障诊断方法 272

13.3.1 核主元模型的构建步骤 272

13.3.2 在线检测的步骤 272

13.4 试验研究 273

13.4.1 声音信号分析 273

13.4.2 声音信号的特征向量提取 274

13.4.3 基于声音信号的KPCA故障诊断方法的诊断结果 277

13.4.4 基于声音信号的PCA故障诊断方法的诊断结果 278

13.4.5 基于振动信号的KPCA故障诊断方法的诊断结果 279

13.4.6 诊断结果比较 279

本章参考文献 280

第14 章　指数加权动态核主元分析的故障诊断方法 281

14.1 指数加权动态自回归统计模型 281

14.1.1 指数加权主元分析模型 281

14.1.2 基于滑动时间窗口的数据更新 281

14.1.3 指数加权核主元分析模型 282

14.1.4 指数加权核主元分析模型的特点 282

14.2 指数加权动态核主元分析法的建模与故障诊断 283

14.2.1 第1个时间窗口的建模与故障诊断 283

14.2.2 第1个时间窗口以后各窗口的建模与故障诊断 283

14.3 试验研究 285

14.3.1 振动信号分析 285

14.3.2 振动信号的特征向量提取 286

14.3.3 指数加权动态核主元分析的故障诊断方法的诊断结果 287

本章参考文献 289

第15 章　SVM 与证据理论集成的多源信息融合故障诊断方法 291

15.1 证据理论 291

15.1.1 证据理论中的几个重要概念 291

15.1.2 证据区间的描述 292

15.1.3 信度函数的融合规则 292

15.2 基于矩阵分析的融合算法 293

15.2.1 置信度分配矩阵 293

15.2.2 算法描述 293

15.3 基本概率分配的确定方法 294

15.3.1 基于BP神经网络确定基本概率分配 294

15.3.2 基于SVM 确定基本概率分配 295

15.4 基于证据理论的多源信息融合故障诊断方法 297

15.4.1 故障特征参量的提取 297

15.4.2 故障诊断过程的实现 298

15.5 试验研究 298

15.5.1 信号处理 299

15.5.2 基本概率分配的确定 300

15.5.3 试验结果分析 303

本章参考文献 305 2100433B

本书系统地阐述了近年来液压气动系统故障诊断领域新发展的各种理论方法,并通过液压系统的故障诊断实验进行了有效的验证。分析了液压气动系统常见故障产生的机理,介绍了相关的工程应用实例,并总结了行之有效的故障排除方法,为机械设备健康状态评估提供了新的思路。

全书理论联系工程实际,各章内容均为作者长期从事液压设备状态监测与故障诊断研究工作的成果。适用于从事设备状态监测和故障诊断工作的工程技术人员阅读,也可供高等学校相关专业师生参考。

前言

第1章 绪论

1.1 设备状态监测与故障诊断

1.1.1 设备状态监测

1.1.2 设备诊断技术

1.1.3 设备状态维修

1.2 电机状态监测与故障诊断

1.2.1 电机故障

1.2.2 电机故障的分析方法

1.2.3 电动机状态监测与故障诊断

1.2.4 发电机状态监测与故障诊断

第1篇 交流电机故障的分析方法

第2章 异步电机绕组故障的稳态分析方法

2.1　概述

2.2　多回路分析的回路电气参数计算

2.3　谐波对电感参数计算的影响

2.4　异步电动机回路方程及稳态分析方法

2.5　定子绕组匝间短路故障的仿真与实验分析

2.6　转子绕组故障的特征量分析

2.7　转子断条故障分析

2.8　转子端环断裂的分析

2.9　转子绕组故障对电机转矩、转速的影响

2.10　负载状态的影响

第3章 异步电机绕组故障的暂态分析方法

3.1　概述

3.2　电机内部故障的暂态分析模型

3.3　电机转子绕组故障对起动电源时域波形的影响

3.4　转子绕组故障与电机起动时间、起动转矩及转子电流的关系

3.5　阴抗中的谐波对电机故障暂态分析的影响

第4章 同步电机绕组故障的分析方法

第2篇 电机状态监测与故障诊断的理论及方法

第5章 状态监测与故障诊断中的数据采集

第6章 状态监测与故障诊断系统常用的传感器

第7章 故障诊断中的信号处理技术

第8章 诊断理论与智能诊断方法

第9章 电机寿命预测技术

第3篇 电机故障诊断应用技术与实例

第10章 电机温度与红外诊断技术

第11章 电机绝缘监测与诊断

第12章 电机振动的监测与诊断

第13章 电机噪声的测量与诊断

第14章 电机轴承的故障诊断

第15章 电动机的监测与诊断技术

第16章 发电机故障诊断技术 2100433B

《机械设备状态监测与故障诊断》共十三章，主要内容分为：①诊断基础知识，包括测试系统特性，故障探测传感器、中间变换装置、显示记录装置以及信号分析与处理。②机械设备的振动及噪声监测与故障诊断。③其他诊断技术，包括润滑油磨粒检测、温度监测、超声波和射线探伤及声发射技术。

《机械设备状态监测与故障诊断》对机械设备状态监测与故障诊断作了较全面的介绍。在编写中注重理论联系实际，使内容通俗易懂，并收集了一定的诊断实例，还考虑了适合中等专科层次的教学特点。

第1章 绪 论

第2章 故障诊断理论与方法

第3章 状态监测系统

第4章 电力变压器的监测与故障诊断

第5章 发电机的监测与故障诊断

第6章 GIS和高压开关设备的监测与故障诊断

第7章 电容型设备的在线监测与诊断

第8章 避雷器的在线监测与故障诊断

第9章 电力电缆与互感器的故障诊断

第10章 远程故障诊断技术

第11章 电力设备事故与故障统计分析

第12章 智能电网

附录 2100433B