一种基于数字孪生的齿轮箱在线故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数字孪生的齿轮箱在线故障诊断方法，首先，基于加速度、位移、压电传感器等，对齿轮箱参数进行采集，获取齿轮箱的完整数据信息，包括静态数据和动态数据；其次，根据静态数据和动态数据构建齿轮箱的数字孪生模型，利用所构建的齿轮箱数字孪生模型与实体设备振动信号的余弦相似度值作为模型更新的衡量标准，最优化齿轮箱特征参数，动态修正模型，获得实时同步的齿轮箱数字孪生模型，实现齿轮箱的“虚

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生的齿轮箱在线故障诊断方法


[0001]本专利技术属于机械故障诊断智能化与数字化
，具体涉及一种基于数字孪生的齿轮箱在线故障诊断方法。

技术介绍

[0002]齿轮箱是一种集成变速机构，具有结构紧凑，传动比大，承载高的优点，经常被用作很多重要机械设备的传动枢纽部分，例如直升机、轮船、装甲车、风力发电机等。齿轮箱的健康状况关乎整个机器的正常运转，影响经济效益和人员安全。而齿轮箱一般用于大载荷和恶劣环境中，故障发生率较高，如在一个典型的风力涡轮机中，有20％的停机时间是由于齿轮箱故障造成的，一旦发生故障，将造成严重后果。若能运用有效的故障诊断方法，快速准确的识别齿轮箱故障，可节约大量的时间和维修成本，提高工作效率。因此，对齿轮箱的运行状态进行实时有效的监测及故障诊断具有重要意义。
[0003]目前针对齿轮箱故障诊断的方法主要分为两类，第一类是基于模型的故障诊断。Fan等建立了行星架有裂纹的直升机行星传动轮系扭振动态模型，在仿真行星架裂纹对行星桩角度偏移及轮系动态参数的影响上考虑了时变啮合刚度、齿轮间隙、黏滞阻尼等非线性因素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于数字孪生的齿轮箱在线故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：采集齿轮箱运行过程中的不同数据，构建齿轮箱的数字孪生模型；S2：动态更新齿轮箱数字孪生模型，引入信赖域算法迭代优化模型参数，利用余弦相似度作为数字孪生模型仿真信号与实测振动信号相似性度量标准，当余弦相似度大于预设阈值时，停止迭代并获得未定参数值，根据相关参数修正数字孪生模型，得到齿轮箱虚实联动的高保真模型；S3：通过预定义故障类型，在齿轮箱数字孪生模型中嵌入故障模块，得到齿轮箱故障状态的仿真信号，利用故障诊断算法获取故障特征信息，并上传至云端数据库；S4：采集实体设备的振动信号，与孪生数据库中的仿真数据进行匹配对比，最终得到实体设备的运行状态，实现实体设备的在线监测及故障诊断；S5：若检测出齿轮箱为故障状态，则调用设备维护规则对故障信息进行边缘计算，对实体设备进行相关运行参数调整，实现齿轮箱稳定高效的运行，延长设备使用寿命。2.根据权利要求1所述基于数字孪生的齿轮箱在线故障诊断方法，其特征在于，所述S1中采集的数据包括静态数据与动态数据；静态数据包括齿轮箱历史运行数据、装备特性、几何形态数据、材料初始属性等已获取的确定信息；动态数据包括与齿轮箱运行状态相关的瞬态时变信息。3.根据权利要求2所述基于数字孪生的齿轮箱在线故障诊断方法，其特征在于，所述S1中构建齿轮箱的数字孪生模型的步骤为：S1.1：融合齿轮箱机理信息和静态数据完成初始数值模型构建，该过程可表述为：MO＝{I
历史数据
，I
机理
，I
形态
，P
装备
}
ꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，P
装备
表示装备的特性，I
历史数据
，I
机理
和I
形态
分别表示历史数据、机理和形态信息，MO表示历史数据、机理与形态信息共同驱动构建的初始数值模型。其中，的定义如下：P
装备
＝{P
多学科
，P
多物理
，P
多尺度
，
…
，P
多参量
，P
多源数据
，P
概率性
}
ꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，P
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马军，李蓉，李祥，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：