Сравнение результатов диагностики центробежных насосов методом опорных векторов с использованием временных, частотных и время-частотных свойств
На прошедшей в сентябре 2018 года International Conference on Rotor Dynamics группа авторов из Технологического института Гувахати в Индии представила результаты собственного исследования, в котором сравнивались результаты диагностики центробежных насосов методом опорных векторов с применением временных, частотных и время-частотных свойств.
Методология исследования состояла в следующем. На испытательной установке, имитирующей работу центробежного насоса, искусственно создавались различные дефекты. Из записанных данных вибрации и потребляемого тока затем выделялись наборы временных, частотных и время-частотных свойств. Набор свойств включал в себя среднее значение, среднеквадратичное значение, действующее значение, энтропию. Временные свойства рассчитывались по осциллограммам сигналов, частотные по энергетическому спектру, время-частотные свойства рассчитывались при помощи вейвлет-преобразования сигналов. На основе набора записанных данных строилась модель классификации дефекта. В модели сначала рассчитывались свойства, наиболее полно описывающие набор рассматриваемых дефектов. Затем, на основании этих свойств, производилось обучение модели опорных векторов. Определение точности диагностики, выполняемой моделью, затем проводилось в два этапа. Сначала модель применялась к тестовому набору, включающему в себя параметры работы насоса на скоростях, входивших в обучающую выборку. Затем модель применялась к параметрам работы насоса на скоростях, не входивших в обучающую выборку.
Изображение тестовой установки показано ниже.
Установка состояла и центробежного насоса, резервуара с водой, вентиля на линии всаса насоса, регулятора скорости насоса, датчиков и системы сбора данных. Насос разгонялся от 30 до 65 Гц шагами по 5 Гц. Данные собирались двумя акселерометрами и тремя датчиками тока. Наборы записываемых данных представляли собой выборки из 5000 замеров на частоте дискретизации 5000 Гц.
Диапазон моделируемых дефектов включал в себя: блокировку всаса насоса, блокировку напора насоса, дефект крыльчатки, отверстия в крышке насоса, а также их комбинации. Изображения некоторых дефектов показаны ниже.
При исследовании работы модели с временными свойствами сигналов было определено, что среднее и среднеквадратичное значения сигнала наиболее значимы для классификации дефектов. Результаты диагностики разных на основе этих свойств при работе насоса с разными скоростями показаны ниже.
Наиболее значимыми свойствами при диагностике по частотным свойствам являлись среднее и среднеквадратичное значения сигнала и величина, обратная среднеквадратичному значению. Результаты диагностики по этим свойствам показаны ниже.
Наиболее значимыми свойствами при диагностике по время-частотным свойствам являлись среднее, среднеквадратичное и действующее значения сигнала, а также энтропия сигнала. Результаты диагностики по этим свойствам показаны ниже.
Сводная гистограмма точности модели, работающей с тремя типами признаков, показана ниже.
Аналогичная гистограмма, записанная при проверке точности модели на скоростях работы насоса, не включённых в обучающую выборку, показана ниже. Обозначение групп столбцов диаграммы показывает, какие скорости были включены в обучающую и в тестовую выборки: например, запись 30,40/35 означает, что модель обучалась на скоростях насоса 30 и 40 Гц, а точность диагностики проверялась на 35 Гц.
В заключении исследования указано, что модель опорных векторов признана применимой для решения задач диагностики центробежных насосов. Применение модели к временным свойствам сигналов вибрации и тока даёт более высокие результаты классификации, даже в условиях недостаточности обучающих данных. Перспективным направления развития метода является исследование его применимости для диагностики других видов промышленных машин.
Больше новостей и аналитики из мира онлайн-диагностики электрооборудования читайте на нашем Телеграм-канале "ЗВЕЗДА"