基于控制律重組的雙級(jí)滑閥真空泵故障診斷算法研究

　　為提高雙級(jí)滑閥真空泵工作可靠性，針對(duì)雙級(jí)滑閥式機(jī)械真空泵在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，引入控制律重組和PARD-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷算法，以2H-150型雙級(jí)滑閥真空泵振動(dòng)故障樣本采集數(shù)據(jù)作為輸入，以故障模式矩陣作為目標(biāo)輸出，對(duì)PARD-BP算法所得數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練優(yōu)化；再提出動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息提取概念，進(jìn)行其動(dòng)態(tài)信息收集提取，采用目前廣泛應(yīng)用的Poly-Max模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證，結(jié)果表明真空泵X、Y 和Z 方向上最大的峰值分別下降了31.93%，21.54%和19.37%，證實(shí)滑閥真空泵的故障診斷方法具有可靠性。

　　雙級(jí)滑閥式機(jī)械真空泵可排除一般性氣體或含有少量可凝性蒸汽的氣體，適用于真空冶煉、真空干燥、真空浸漬、真空鍍膜等其他真空作業(yè)上，已成為最廣泛應(yīng)用的真空獲得設(shè)備之一。隨著真空相關(guān)設(shè)備的需求日益增加，滑閥真空泵正向大型化、成套化、高真空等方向發(fā)展�；�閥環(huán)真空泵工作中一旦出現(xiàn)故障，將帶來(lái)重大經(jīng)濟(jì)損失。1999年，李鳳等進(jìn)行了水環(huán)真空泵故障診斷專家系統(tǒng)的初步研究，之后相關(guān)的文獻(xiàn)較少；2013年，楊柳青等研究了基于控制律重組的汽車半主動(dòng)懸架容錯(cuò)控制與試驗(yàn)；于振華等進(jìn)行了雙級(jí)滑閥式機(jī)械真空泵振動(dòng)平衡研究，而針對(duì)雙級(jí)滑閥真空泵故障診斷的算法研究較罕見。本文結(jié)合控制律重組和PARDBP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷算法來(lái)研究2H-150型雙級(jí)滑閥真空泵的故障現(xiàn)象，重視試驗(yàn)中的相關(guān)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息提取，并用模態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證方法有效性。

　　1、雙級(jí)滑閥真空泵故障現(xiàn)象

　　根據(jù)雙級(jí)滑閥真空泵的結(jié)構(gòu)特性，采集滑閥真空泵正常工作和發(fā)生故障的振動(dòng)信號(hào)，選擇以下6類常見故障：高缸磨損、余氣閥磨損、偏心輪磨損、滑閥磨損、噪聲過(guò)大和排氣閥故障。采用峰值、均方根值、脈沖指標(biāo)等參數(shù)作為特征參數(shù)，各參數(shù)計(jì)算方法分別是

　　實(shí)驗(yàn)裝置是江蘇東華公司的DH5922N動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析儀，因篇幅限制，正常及各個(gè)故障狀態(tài)振動(dòng)加速度實(shí)測(cè)值不一一列出，采集滑閥真空泵正常工作和發(fā)生高缸磨損、余氣閥磨損、偏心輪磨損、滑閥磨損、噪聲過(guò)大和排氣閥故障的振動(dòng)信號(hào)，對(duì)于水平(X 向)、垂直(Y 向)和軸向(Z 向)三方向進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)提取訓(xùn)練，各故障提取6組數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，每組數(shù)據(jù)采集150個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行特征信號(hào)的訓(xùn)練處理，再將所得數(shù)據(jù)輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)建出水平(X 向)、垂直(Y 向)和軸向(Z 向)三方向的滑閥真空泵正常工作(F0)和發(fā)生高缸磨損(F1)、余氣閥磨損(F2)、偏心輪磨損(F3)、滑閥磨損(F4)、噪聲過(guò)大(F5)及排氣閥故障(F6)的故障征兆表，在此僅列出水平/X 向的故障模征兆表，如表1所示，以上各狀態(tài)的故障模式表如表2所示。

表1　雙級(jí)滑閥真空泵故障征兆表(水平/X 向)

表2　狀態(tài)故障模式表

　　為驗(yàn)證雙級(jí)滑閥真空泵故障診斷方法可行性，引入PARD-BP算法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)。

　　4、小結(jié)

　　基本實(shí)現(xiàn)雙級(jí)滑閥真空泵的故障診斷檢測(cè)，后續(xù)可研究學(xué)習(xí)：

　　①結(jié)構(gòu)方面：文中進(jìn)行了真空泵結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)建模工作并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，可進(jìn)一步研究真空泵的數(shù)學(xué)建模和三維建模結(jié)合之復(fù)合建模，并在診斷時(shí)考慮加工導(dǎo)致的真空泵尺寸偏差因素；

　�、谠囼�(yàn)方面：僅收集基礎(chǔ)加速度信號(hào)，缺少對(duì)比分析；可完善試驗(yàn)條件，提高數(shù)據(jù)精度；

　　③算法方面：期望從多方法融合的角度尋找優(yōu)化方案，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證。

　　影響真空泵工作可靠的因素有很多，本文提出以算法理論和試驗(yàn)數(shù)據(jù)信息提取等方法，驗(yàn)證滑閥真空泵故障診斷結(jié)果的正確性，該方法亦可應(yīng)用于類似元件的診斷，甚至是形成系統(tǒng)，建立相關(guān)整機(jī)故障診斷模型。