基于Wiener过程的功率变换器剩余寿命评估方法

针对功率变换器难以准确建立表征其性能退化过程物理模型的问题,提出一种基于Wiener随机过程的剩余寿命评估方法实现其剩余寿命预测。通过分析电路关键元器件退化对电路性能的影响,选用输出电压均值为DC-DC变换电路失效特征参数,利用Wiener过程建立电路性能退化模型,通过逐步递推预测寿命特征参数值并结合电路失效阈值从而实现功率变换器剩余寿命预测。以闭环SEPIC电路为例,分析了建模数据与建模尺度对剩余寿命预测结果的影响,实验验证了该方法的有效性。     

基于Wiener过程的万能式断路器附件剩余寿命预测*

万能式断路器作为一个复杂的机械系统,其操作附件的剩余寿命预测对于维护断路器的可靠性至关重要。为准确掌握操作附件剩余寿命情况,提出了一种基于Wiener过程的万能式断路器操作附件剩余机械寿命预测方法。首先,通过对操作附件动作过程中线圈电流波形的分析选取了动作时间作为性能退化特征量;其次,考虑到断路器操作附件性能退化过程具有线性非单调的特点,采用Wiener过程建立了操作附件的性能退化模型,并利用极大似然估计法对退化模型参数进行估计;然后,基于首达时间的概念建立了剩余寿命预测模型,推导出剩余寿命概率密度函数解析式。最后对安装于万能式断路器上的分励脱扣器和释能电磁铁两种操作附件进行全寿命试验及其剩余寿命预测,预测结果验证了所提方法的有效性。     

基于二元维纳过程的轴承剩余寿命预测

提出了一种基于二元维纳过程的轴承剩余寿命预测方法。首先,分析轴承两个相互垂直方向上的振动信号,分别构建表征轴承健康状态的性能指标;其次,针对轴承性能退化过程的特点,建立基于维纳过程的二元退化模型;然后,利用AIC(akaike information criterion)信息准则选择合适的Copula函数分析两个性能指标间的相关特性,并计算轴承剩余寿命的联合概率密度函数;采用极大似然估计法在线更新模型参数,预测轴承未来时刻健康状态的变化情况并得到其剩余寿命;最后,通过轴承数据对所提方法进行了验证分析,结果表明,所提方法能够有效的预测轴承的剩余寿命,与基于一元维纳过程的剩余寿命预测方法相比,具有更好的预测精度。     

基于竞争失效的航空发动机剩余寿命预测

航空发动机作为典型的复杂机电系统,具有失效模式多样性的特点。多失效模式相互作用,实质上是竞争失效的关系,导致航空发动机剩余寿命预测的复杂性。针对航空发动机失效模式及失效规律特点,提出基于竞争失效的航空发动机剩余寿命预测方法,解决航空发动机健康管理的核心和关键问题。分析航空发动机两类失效模式——性能退化失效和突发失效的作用机制及相关性,构建基于竞争失效的航空发动机剩余寿命预测体系。结合航空发动机不同失效模式及数据特点,分别针对性能退化失效和突发失效建立剩余寿命预测模型。利用贝叶斯线性模型融合状态监测信息,建立航空发动机性能退化轨迹模型,实现针对不同性能退化情况下的航空发动机剩余寿命预测。以分析性能退化规律为基础,利用航空发动机故障信息,建立混合Weibull可靠性模型,量化性能退化失效对突发失效的影响,实现航空发动机突发失效剩余寿命预测。通过算例,验证提出方法的有效性。结果表明,考虑竞争失效的多模型剩余寿命预测技术能客观、准确描述航空发动机寿命变化规律。     

基于长短期记忆网络的滚动轴承寿命预测方法

为解决滚动轴承剩余寿命预测问题,提出一种基于长短期记忆网络(long short-term memory,简称LSTM)的剩余寿命预测方法.首先,从时域、频域及时频域特征中提取特征参数;其次,定义三个评价指标定量评估表征轴承退化过程的特征参数效果,筛选得到退化特征参数集,搭建长短期记忆网络预测模型并以归一化寿命值为标签...     

基于Gamma退化过程的剩余寿命预测及维修决策优化模型研究

通过研究产品故障发生的机理,建立了基于Gamma退化过程的状态空间模型,运用EM-PF参数估计方法对模型中的参数进行求解,确定模型的具体形式,进而得出产品剩余寿命的分布函数和概率密度函数。该剩余寿命预测方法将退化状态与故障阈值联系起来,从而降低了剩余寿命预测的误差,以轴承磨损量特征进行建模,完善了状态信息与剩余寿命之间的相互关系。利用剩余寿命的概率密度函数建立了以费用最小为目标的维修决策模型,确定最优的维修更换时间并实现维修决策的优化。最后用轴承寿命试验所得到的数据对模型进行了验证,实例结果证明该模型是可行有效的。     

退化数据驱动的气缸剩余寿命在线预测

针对气缸可靠性研究中剩余寿命预测方面的问题,提出了一种基于退化路径的气缸剩余寿命在线预测方法。在建立了基于维纳过程的气缸退化模型基础上,推导了退化路径决定下的气缸剩余寿命的概率密度函数解析表达式,提出了一种融合Bayes估计和期望最大化算法的参数在线估计方法,实现了气缸剩余寿命在线预测,并通过气缸性能退化实验数据验证了方法的有效性。通过与同类方法对比结果表明,在小样本情况下,所提方法能更准确地预测气缸剩余寿命且预测的不确定性更低。     

基于ANFIS的电磁换向阀寿命预测

以电磁换向阀的出入口压降作为失效判据,从流量退化角度深入分析,进行电磁换向阀的寿命预测研究。首先使用改进的集合经验模态分解(Modified Ensemble Empirical Mode Decomposition, MEEMD)方法多尺度分解测试数据,以欧式距离的IMFs分量筛选规则完成噪声信号的降噪重构。随后利用时域分析、频域分析和时频域分析提取特征参数,并用核主元(Kernel Principal Component Analysis, KPCA)方法融合处理,经过3次指数平滑处理,构建了电磁换向阀退化评估指标。融合退化评估指标,训练自适应模糊神经网络(Adaptive Network-based Fuzzy Inference System, ANFIS),通过对未失效样本进行压降趋势预测,实现了电磁换向阀的寿命预测。结果显示,ANFIS的预测指标与实际指标的差异性较小,预测结果准确。     

数字孪生驱动的航空发动机涡轮盘剩余寿命预测

为解决航空发动机涡轮盘剩余寿命在线预测难题,提出一种数字孪生驱动的涡轮盘剩余寿命预测方法.在建立数字孪生模型的过程中,首先,分析涡轮盘疲劳裂纹损伤机理,构建性能退化指标,建立涡轮盘性能退化过程的共性表征模型;其次,分析多种不确定性因素,采用状态空间模型建立涡轮盘性能退化过程的个性表征模型;然后,通过动态贝叶斯网络描述状...     

基于加速退化试验的机械密封磨损寿命预测

针对目前机械密封应用领域高可靠性的要求,提出了基于随机过程的可靠性分析及磨损寿命预测方法。以密封端面磨损量为研究对象,设计适用于机械密封的加速退化试验以获得磨损退化数据。基于退化模型Gamma过程描述其磨损退化过程,引入双应力逆幂率模型作为加速模型描述转速、弹簧力与退化速率间的关系,从而建立机械密封可靠性分析与寿命预测模型。通过极大似然估计法求解模型参数,结合加速模型外推出多个应力水平下的模型参数并进行失效概率分析,对机械密封在不同可靠度需求下的可靠寿命及不同工作条件下的平均寿命作出了预测。结果表明,Gamma过程适用于描述机械密封的磨损退化过程,通过双应力逆幂率模型外推获得各应力水平下的可靠度及寿命,此方法比传统的机械密封寿命预测方法具有更好的实用性和灵活性,可为密封产品确定维修周期及保证安全运行提供重要参考。     

Numerical Research on Performance Prediction for Centrifugal Pumps

Performance prediction for centrifugal pumps is now mainly based on numerical calculation and most of the studies merely focus on one model. Therefore, the research results are not representative. To make an improvement of numerical calculation method and performance prediction for centrifugal pumps, performance of six centrifugal pump models at design flow rate and off design flow rates, whose specific speed are different, were simulated by using commercial code FLUENT. The standard k-ε turbulence model and SIMPLEC algorithm were chosen in FLUENT. The simulation was steady and moving reference frame was used to consider the impeller-volute interaction. Also, how to dispose the gap between impeller and volute was presented and the effect of grid number was considered. The characteristic prediction model for centrifugal pumps is established according to the simulation results. The head and efficiency of the six models at different flow rates are predicted and the prediction results are compared with the experiment results in detail. The comparison indicates that the precision of head and efficiency prediction are all less than 5%. The flow analysis indicates that flow change has an important effect on the location and area of low pressure region behind the blade inlet and the direction of velocity at impeller inlet. The study shows that using FLUENT simulation results to predict performance of centrifugal pumps is feasible and accurate. The method can be applied in engineering practice.     

基于DAE-HTPF的新能源汽车电池剩余寿命预测

针对反映锂电池寿命的趋势性特征自学习与电池剩余寿命预测问题,提出了基于降噪自编码器（denoising auto-encoder,DAE）与混合趋势粒子滤波（hybrid trend particle filter,HTPF）的电池剩余寿命预测方法。利用电池使用前期的信号特征训练DAE,然后将使用中后期的电池信号特征输入DAE中,并提取重构误差。另外,利用HTPF方法对电池生命周期内的信号特征进行分析,建立自适应状态方程。分析结果表明,该方法能有效地对锂电池的性能退化趋势性特征进行自提取,从而有效地减少人为因素的干扰,同时相比于传统粒子滤波（particle filter,PF）,HTPF对电池剩余寿命预测精度更高。      

基于损失计算的水泵性能综合预测及分析

以降低叶轮进口冲击混合损失为目标,对进口边为径向和轴向两种情况下的叶轮进口条件进行了优化,得到了相应的进口直径计算公式。基于流体力学理论,充分利用水泵进出口速度分布等宏观物理参量描述流体在叶轮流道内的流动,借助速度三角形分析计算离心泵内的各种损失,很好地揭示了几何参数对水泵性能的影响趋势,对水泵进行了综合性能预测。基于损失计算的水泵性能综合预测及分析方法可预测设计工况和非设计工况下的水泵性能,它集性能分析与设计于一体,为水泵新产品设计和现有产品改进提供了切实有效的工程实用方法。     

基于性能退化预测的数控机床预防维修方法

为解决数控机床传统维修方法存在的欠维护或过维护弊端,提出了一种基于系统性能退化预测的预防维修方法,利用统计过程控制技术分析产品质量数据,实现机床工作状态的预测。建立了关键零部件的Wiener退化模型来预测寿命分布,从而可结合剩余寿命和收益确定最优预防维修策略。以某汽车活塞生产线上的数控机床异常数据为例,验证了所提方法的有效性。     

基于劣化理论的寿命周期可靠性和性能并行预计

劣化理论采用称为相邻预修周期和大修周期等劣化率的两个参量,揭示了在一定使用、维修条件下寿命周期可靠性和性能的劣化规律.根据劣化理论,发展了大型机械产品寿命周期使用可靠性和性能的并行预计方法.方法包含了最大化寿命周期可达可用度和收益率的思想,借助同类产品的使用观察,可应用于设计阶段产品有效寿命及寿命周期费用和性能参量估计,设计可靠性指标、最佳预修和大修时机确定,以及使用可靠性和性能模拟.     

基于灰色支持向量机的液压泵寿命预测方法

针对单方法所建液压泵寿命预测模型精度较低的缺陷,提出基于灰色理论和支持向量机的组合预测模型的液压泵寿命预测方法.该方法通过灰色累加生成操作对原始序列进行数据处理,以增强数据的规律性;运用最小最终误差预测准则确定嵌入维数,选择模型的参数;采用支持向量机进行预测,利用灰色累减生成操作还原数据,得到预测结果.选取液压油的光谱分析数据作为液压泵的寿命特征信息,采用该模型对液压泵进行寿命预测,并与灰色模型、单一支持向量机模型进行预测性能对比.结果表明,灰色支持向量机预测性能最优,精度达到99.37％,为液压泵性能评估和寿命预测提供一种更为有效的方法.     

基于可靠性等劣化理论的设备寿命周期预估

为了建立以可靠性为中心维修思想下的机械设备维修体制,在已有可靠性性能劣化模型的基础上,分析了大修周期与可靠性的关系,结合产品使用性能要求,提出一种新的可靠性阶段划分的方法,以科学确定机器的大修周期和报废指标,预估设备功能故障状态出现时间,进行机械设备寿命预测。并在此基础上改进RCM分析技术,用来评价故障结果,应用逻辑决断图选择预防性维修工作类型,最后形成更为有效的预防性维修大纲。与传统的寿命预测方法相比,这种方法对实验数据的依赖性低于传统方法。