一种基于率模可靠性理论的齿轮泵健康状态评估方法

摘要

一种基于率模可靠性理论的齿轮泵健康状态评估方法，它有七大步骤：步骤一：设计齿轮泵健康状态评估指标的选取；步骤二：设计齿轮泵健康状态等级的划分；步骤三：设计齿轮泵评估指标隶属度函数的构建；步骤四：设计齿轮泵评估指标状态及状态转移概率的计算；步骤五：设计齿轮泵评估指标率模可靠度的计算；步骤六：设计齿轮泵健康状态评估的率模可靠度计算方法；步骤七：齿轮泵健康状态等级及对策。本发明弥补了利用齿轮泵作业参数进行健康状态评估的理论基础，提供了一种新的齿轮泵健康状态评估方法，为液压泵健康管理提供支持。

主权项

一种基于率模可靠性理论的齿轮泵健康状态评估方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：设计齿轮泵健康状态评估指标的选取齿轮泵的健康状态评估指标是依据齿轮泵的工作参数来选取的，在齿轮泵的各个工作参数中，有一些能够代表齿轮泵当前的工作状态，将这些状态参数选取出来，作为齿轮泵的健康状态评估指标，这些状态参数包括齿轮泵的压力脉动和齿轮泵的容积效率；步骤二：设计齿轮泵健康状态等级的划分齿轮泵的率模可靠度R∈[0,1]，将齿轮泵的率模可靠度在区间[0,1]上进行状态划分，依照需要划分为若干个状态{S₁,S₂,…,S_n}，每一状态对应相应的率模可靠度R取值范围为：步骤三：设计齿轮泵健康状态评估指标隶属度函数的构建在齿轮泵的各个评估指标中，按照每个评估指标不同的参数要求，同样将其划分为若干个状态U＝{S₁',S₂',…,S_n'}，同时构建出相应的隶属度函数μ，每一状态对应的隶属度取值范围为：在论域U上定义Fuzzy成功状态为S＝{S_i,μ_S(S_i),i＝1,2,…,n}Fuzzy故障状态为F＝{S_i,μ_F(S_i),i＝1,2,…,n}这里μ_S(S_i)和μ_F(S_i)为相应的隶属函数，记U_T＝{m_ij,i,j＝1,2,…,n}，m_ij表示从状态S_i转移到状态S_j的转移，定义这里${\beta }_{F|S}\left({S_i}^{\prime }\right)=\frac{{\mu }_F\left(S_i\right)}{{\mu }_S\left(S_i\right)+{\mu }_F\left(S_i\right)}$这样T_SF表示从Fuzzy成功到Fuzzy故障的转移；步骤四：设计齿轮泵评估指标状态及状态转移概率的计算齿轮泵状态转移概率的计算需要知道齿轮泵评估指标的状态空间{S₁',S₂',…,S_n'}和各采样时刻的健康状态隶属度μ(S'_i)(S'_i＝0,1,2,…)；齿轮泵的指标状态空间{S₁',S₂',…,S_n'}是指根据专家经验来划分的齿轮泵健康状态评估指标的状态集合；健康状态隶属度μ(S'_i)是通过隶属度函数计算得到的评估指标隶属S_i'状态的值；本计算方法是在{S₁',S₂',…,S_n'}和μ(S'_i)已知的前提下进行的齿轮泵健康状态转移概率的计算；假设齿轮泵指标状态空间为{S₁',S₂',…,S_n'}，S'_i∈{S₁',S₂',…,S_n'}表示齿轮泵在第i次采样时的运行状态，p_ij(i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,n)表示齿轮泵指标状态由状态S_i'转移到状态S_j'的概率，由转移概率p_ij组成一个矩阵$P=\left[\begin{array}{cccc}{p}_{11}& p_{12}& \mathrm{...}& p_{1n}\\ p_{21}& p_{22}& \mathrm{...}& p_{2n}\\ .& .& & .\\ .& .& \mathrm{...}& .\\ .& .& & .\\ p_{n1}& p_{n2}& \mathrm{...}& p_{nn}\end{array}\right]$称为状态转移概率矩阵；选择采样时间窗口为T_w＝N·T，采样周期为T，在时间窗口T_w内进行N+1次采样，状态转移概率矩阵的计算运用马尔科夫理论进行计算；设齿轮泵指标状态由S'_i(i＝1,2,…n)转移到状态S'_j(j＝1,2,…n)的次数为m_ij(i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,n)，则时间窗口T_w内齿轮泵评估指标各状态S_i出现的总次数分别为则齿轮泵评估指标的状态转移概率矩阵P计算方法为：由此得出采样时刻T状态转移概率矩阵P；其他采样时刻指标状态转移概率矩阵同此方法依次求得；齿轮泵评估指标在一个采样周期T处于状态S_i的概率Φ(t)为：Φ(t)＝Φ(t₀)×p(t₀,t)其中Φ(t₀)为在采样时刻t₀齿轮泵评估指标处于S_i的状态概率，p(t₀,t)为当前周期内从t₀到t的状态转移概率；步骤五：设计齿轮泵评估指标率模可靠度的计算在齿轮泵健康评估中，齿轮泵评估指标的率模可靠度是进行齿轮泵健康状态评估的基础，所设计的齿轮泵评估指标的率模可靠度计算方法为$\begin{array}{c}R\left(t\right)=P\left(A\right|B)·P\left(B\right)\\ =1-P\left(\bar{A}\right|B)·P\left(B\right)-P\left(\bar{B}\right)\\ =1-[\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mu }_{T_{SF}}\left(m_{ij}\right)·p_{ij}(t_0,t)]·[\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mu }_S\left({S^{\prime }}_i\right)·{\phi }_{S_i}\left(t_o\right)]-\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mu }_F\left({S^{\prime }}_i\right)·{\phi }_{S_i}\left(t_0\right)\end{array}$依据上述步骤中求得的各个值即可求得齿轮泵评估指标的率模可靠度；步骤六：设计齿轮泵健康状态评估的率模可靠度计算方法齿轮泵各个评估指标的率模可靠度均已求出，由于各个评估指标在齿轮泵的健康状态评估中重要度不同，依据专家经验赋予各个评估指标权重值ω_i，则齿轮泵的率模可靠度为：R＝R₁ω₁+R₂ω₂+…+R_nω_n由此可得出齿轮泵当前时刻的健康度；步骤七：齿轮泵健康状态等级及对策依据步骤二中划分的健康状态等级，即确定齿轮泵当前的健康状态；根据评估出的齿轮泵的健康状态，则采取相应的维修保养策略对齿轮泵进行维修保养处理。