【摘要】：由于許多行業(yè)對減速電機的需求正在日益提高,國內(nèi)減速電機生產(chǎn)企業(yè)需要提高減速電機的生產(chǎn)效率。目前國內(nèi)企業(yè)普遍使用人工檢測方式對減速電機,特別是微型齒輪減速直流電機進行故障診斷,這種方式不僅限制企業(yè)的生產(chǎn)效率,而且容易導(dǎo)致誤檢漏檢。以JL-12FN20-37型號齒輪減速直流電機為例,本文結(jié)合了電機故障診斷理論和深度學(xué)習(xí)理論,研究并實現(xiàn)了一套微型齒輪減速直流電機的故障檢測系統(tǒng),該系統(tǒng)是基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架實現(xiàn),通過分析JL-12FN20-37型號齒輪減速直流電機的振動信號來實現(xiàn)高效的故障檢測,具有一定應(yīng)用價值。本文的工作主要包括以下三個部分:(1)振動信號的特征提取與選擇:就本文所設(shè)計的故障檢測系統(tǒng)而言,合適的JL-12FN20-37型號齒輪減速直流電機的振動信號特征是研究的關(guān)鍵。所以本文運用基于短時傅里葉變換,基于希爾伯特黃變換和基于1/3倍頻程譜-主成分分析這三種特征提取方法對電機的非平穩(wěn)時變振動信號進行特征提取。經(jīng)過實驗分析,通過這三種特征提取的方法所獲得的振動信號特征都具備信息不冗長、區(qū)分度較高等特點,適合作為故障檢測分類模型的輸入特征。(2)故障檢測分類模型的研究:首先本文搭建了基于支持向量數(shù)據(jù)描述的故障檢測分類模型作為實驗的比較基準(zhǔn);其次設(shè)計了兩款基于深度學(xué)習(xí)的故障檢測分類模型,其中一款是基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類模型,通過改進經(jīng)典卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參數(shù)和加入包括誤檢懲罰項和多段檢測在內(nèi)的五種優(yōu)化結(jié)構(gòu),分類模型的準(zhǔn)確率和精確率有所提高。另外一款是基于長短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障檢測分類模型,在加入包括循環(huán)連接方向的隨機失活在內(nèi)的四種優(yōu)化結(jié)構(gòu)后,分類模型的識別性能也得到較高提升。最后通過分析對比實驗結(jié)果,本文選擇結(jié)果更優(yōu)的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類模型作為故障檢測系統(tǒng)的分類模型。(3)JL-12FN20-37型號齒輪減速直流電機的故障檢測系統(tǒng)的實現(xiàn):首先,在系統(tǒng)硬件方面,本文根據(jù)硬件性能和實現(xiàn)要求完成了對直流電源、振動傳感器等硬件設(shè)備的選型,并設(shè)計了基于彈簧減震框架的電機測量平臺,有助于減少外部振動源對電機信號測量的干擾;其次,在系統(tǒng)軟件方面,本文為故障檢測系統(tǒng)設(shè)計了操作簡便的圖形用戶界面;最后通過實際測試對本系統(tǒng)的優(yōu)劣進行評價。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM33;TP18
【圖文】：

圖 1-2 各類減速電機。而這些都是因為國內(nèi)減速機行業(yè)存在獨有的問題所引起。比如國內(nèi)絕大部分企規(guī)模較小，限制了國內(nèi)企業(yè)開發(fā)能力，導(dǎo)致產(chǎn)品更新周期長，影響著企業(yè)產(chǎn)品的爭力和發(fā)展腳步。另外，國內(nèi)的減速機行業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量參差不齊，可靠性和直在國內(nèi)外市場不高，導(dǎo)致不少企業(yè)失去部分市場。但究其根本，是我國減速機基礎(chǔ)技術(shù)研究不足，相關(guān)聯(lián)的行業(yè)技術(shù)水平不足等導(dǎo)致，如國內(nèi)傳動基礎(chǔ)期間應(yīng)夠好，高端齒輪材料、熱處理技術(shù)、傳動系統(tǒng)動力研究等與國外技術(shù)差距仍有較。以小見大，在國內(nèi)絕大部分中小小型齒輪減速電機生產(chǎn)行業(yè)中，除了對自家產(chǎn)幾個硬性指標(biāo)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、溫升等進行專業(yè)設(shè)備的測量外，還要對噪聲和振動進。由于國內(nèi)齒輪減速機種類繁多復(fù)雜以及行業(yè)硬性硬性指標(biāo)未明，國內(nèi)普遍做法人工方式進行產(chǎn)品質(zhì)檢，即在噪聲和振動方面通過雙手感知電機和減速機空載的及用耳朵聆聽整體空載噪聲來進行綜合判斷產(chǎn)品是否合格。這種落后低效的方法

圖 1-3 四種微型齒輪減速直流電機品質(zhì)檢控的效率和質(zhì)量，這將成為齒輪減速電機企業(yè)能否創(chuàng)造可觀持續(xù)的要問題之一。般齒輪減速電機品質(zhì)檢控的內(nèi)容包括幾種硬性參數(shù)指標(biāo)，如產(chǎn)品的空載電、空載轉(zhuǎn)速、負載轉(zhuǎn)速、啟動電壓及峰值、負載扭力曲線等。這些檢測項些電機檢測設(shè)備進行測量,特別的，負載扭力曲線的測量可以根據(jù)實際產(chǎn)品產(chǎn)品的檢測設(shè)備，如圖 1-4 是某企業(yè)為特定型號微型齒輪減速直流電機自檢測設(shè)備，可以通過產(chǎn)品驅(qū)動磁粉制動器來檢測產(chǎn)品的扭力是否符合要求產(chǎn)品品可快速手動更換產(chǎn)品的電機或減速器部件。除了上述的電機參數(shù)質(zhì)檢控還包括了噪聲和振動檢測這兩方面。但是，關(guān)于這方面的檢測國內(nèi)尚未擁有成熟自動化的檢測設(shè)備，其主要面臨的困難在于國內(nèi)齒輪減速電多，不同產(chǎn)品間出現(xiàn)故障時的噪聲和振動是復(fù)雜多樣的，沒有通用設(shè)備進

圖 1-4 負載扭矩檢測裝置研究意義，減速電機產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)日益增長的需求下不停地擴張市場自研自產(chǎn)面對不同需求的齒輪減速電機產(chǎn)品。由前面章節(jié)內(nèi)部分中小企業(yè)擁有一定程度自主研發(fā)能力，但是在面臨大規(guī)地進行齒輪減速電機的噪聲和振動方面的品質(zhì)檢測，而這兩具體部件是否存在故障的重要檢測項目之一。所以研發(fā)一套面的檢測設(shè)備是極為重要的，一方面這種設(shè)備或者方案能取品的生產(chǎn)成本，提高減速電機的檢測效率，另一方面也提高確率，保證企業(yè)生產(chǎn)中齒輪減速電機的產(chǎn)品合格率。究了數(shù)字信號處理、模式識別、電機故障診斷、深度學(xué)習(xí)程方法和分類模型方案的優(yōu)劣，最終將基于短時傅里葉變換

【參考文獻】

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本文編號：2781116