变速变负载条件下行星齿轮箱早期故障诊断与状态退化评估研究

Supported by NSFC Young Scholar Funds, the applicant conducted extensive research on HMM based adaptive failure diagnosis techniques in mechanical system health monitoring. The work can be summarized as: (1) weak signal detection and feature extraction; (2) health condition evaluation; (3) adaptive failure diagnosis. He has published 13 research papers (in which 5 papers were indexed by SCI, and 11 papers were indexed by EI), and applied for two national patents. He obtained a new 973 sub-project. In 2011, he was selected as the Reserve Candidate of Sichuan Province Academic and Technology Leadership, and the New Century Excellent Talents in University. He served as the Program Committee / Technical Committee members in several international conferences, and was invited to deliver technical tutorial and keynote presentation. Currently, he is the Guest Associate Editor of IEEE Transactions on Reliability, and the Guest Editor of Microelectronics Reliability. He is the Senior Members of IEEE and IIE. ..By considering the complicated structures and variable speed and workload conditions of planetary gearbox, this project is to investigate some new methods on gearbox incipient failure detection and condition degradation evaluations. This includes the following aspects: planetary gearbox dynamics analysis, non-stationary signal demodulation and de-coupling, and weak signal enhancement.

在青年科学基金项目的资助下，以隐马尔科夫模型自适应在线学习为理论基础，针对机械设备健康监控过程中的自适应诊断技术开展了三个方面的研究，即：（1）微弱信号检测与特征提取；（2）设备健康状态评估；（3）自适应故障诊断。发表论文13篇（其中SCI收录5篇，EI收录11篇），申请发明专利2项；获得973二级子课题1项；2011年入选第九批四川省学术和技术带头人后备人选，以及教育部新世纪优秀人才支持计划；应邀在国际会议做专题讲座和特邀报告；担任国际期刊IEEE Transactions on Reliability以及Microelectronics Reliability的客座编委；现为IEEE和IIE高级会员。本项目针对行星齿轮箱的复杂结构以及变速变负载等工作特点，在动力学分析基础上，开展非平稳过程信号解调与解耦，以及早期故障微弱特征增强研究，建立行星齿轮箱早期故障诊断与状态退化评估的新方法。

针对航空航天、交通运输、采矿冶金、工程机械等行业领域装备转动系统中广泛使用的行星齿轮箱结构复杂和工况恶劣多变等工作特点，本项目开展了变速变负载工况下行星齿轮箱的早期故障诊断与状态退化评估研究。根据项目研究计划，项目组从行星齿轮箱动力学建模与仿真、复杂工况下非平稳信号解调与解耦、齿轮箱早期故障微弱特征信号分析、齿轮箱退化过程评估等方面开展工作，并完成了行星齿轮箱实验平台的搭建和理论算法模型的验证工作。.项目研究所取得的重要结果包括：通过假设行星齿轮箱的整体绕太阳轮中心，以行星架的旋转速度旋转，建立了行星齿轮箱的振动响应模型；结合振动仿真信号及行星齿轮箱实验平台数据验证了该方法在太阳轮/行星轮故障诊断有效性。针对变转速工况下的行星齿轮箱故障诊断，开展了基于阶次跟踪技术的深入研究，建立经验模态分解的固有模态函数与阶次振动信号的关系，实现阶次跟踪处理后的信号进行分析和特征提取；分析了小波、反对称实数Laplace小波等方法的参数优化问题，提高故障特征的提取性能。针对基于随机共振方法的微弱信号增强问题，研究了两个或多个随机共振系统相串联的方法，提出了基于相关分析的随机共振，其中包括了自相关和互相关分析，通过相关处理可以使效果更加明显。针对齿轮箱状态退化过程建模与评估，建立了基于隐马尔科夫模型的齿轮箱系统状态退化模型，实现了齿轮箱早期故障检测和剩余寿命评估。.在本项目资助下，项目负责人获得国家发明专利授权3项，发表论文14篇（其中SCI收录7篇，EI收录13篇），出版学术译著1本。在项目申请方面，获得了包括自然科学基金面上项目、航空科学基金、重点实验室开放课题等多个项目的支持。2013年入选第十一批四川省有突出贡献的优秀专家；2016年获四川大学青年科技人才奖，并受聘担任国际知名学术期刊IEEE Transaction on Reliability副主编。此外，项目负责人担任大会主席承办了PHM-2016国际会议。

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