基于VW-PCA的盾构刀盘驱动液压系统故障诊断

doi:10.3973/j.issn.2096-4498.2018.01.015

隧道建设（中英文） ›› 2018, Vol. 38 ›› Issue (1): 118-123.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2018.01.015

基于VW-PCA的盾构刀盘驱动液压系统故障诊断

郝用兴¹，刘玉洋^1,*，周建军²，周洋¹，郑淑娟¹，雷超¹

（1. 华北水利水电大学机械学院，河南郑州 450045; 2. 盾构及掘进技术国家重点实验室，河南郑州 450001）

收稿日期:2017-05-15 修回日期:2017-09-30 出版日期:2018-01-20 发布日期:2018-02-01
作者简介:郝用兴（1966—），男，河南林州人，2010年毕业于武汉理工大学，材料加工工程专业，博士，教授，现主要从事机械工程教学科研工作。Email: 392741383@qq.com。*通信作者：刘玉洋， Email: 748716574@qq.com。
基金资助:
国家高技术研究发展计划（863计划）（2012AA041802）；河南省科技攻关重点项目（122102210166）；国家留学基金委地方合作项目(201308410091)； 2015年度河南省基础与前沿技术研究项目(152300410215)；河南省高等学校重点科研项目计划资助（16A460020）； 2018年河南省科技攻关项目（盾构机液压系统故障智能诊断研究与应用）

Fault Diagnosis on Hydraulic Driving System of Shield Cutterhead Based on VariableWeightedPrincipalComponentAnalysis (VWPCA)

HAO Yongxing¹, LIU Yuyang^1,*, ZHOU Jianjun², ZHOU Yang¹, ZHENG Shujuan¹, LEI Chao¹

(1. School of Mechanical Engineering, North China University of Water Resources and Electrical Power, Zhengzhou 450045,Henan, China; 2. State Key Laboratory of Shield Machine and Boring Technology, Zhengzhou 450001, Henan, China)

Received:2017-05-15 Revised:2017-09-30 Online:2018-01-20 Published:2018-02-01

摘要/Abstract

摘要：

为提高盾构刀盘液压系统故障诊断的快速性和准确性，引入权值向量来改进传统主元分析法（PCA），并推导变量加权主元分析法（VW-PCA）公式。通过AMESim仿真软件建立6 450 mm土压平衡盾构刀盘驱动液压系统模型，选取12个测试变量，模拟仿真6种故障状态；运用仿真故障数据得到每一类故障的加权向量，建立变量加权主元分析模型（VW-PCA），并使用该模型对测试故障样本进行研究。结果表明：变量加权(VW) 能够增强各系统变量对不同故障类型的贡献程度,变量加权主元模型（VW-PCA）能够显著提高系统诊断的正确率，最大可提高50%以上。

关键词: 盾构, 刀盘, 液压系统, 变量加权, 主元分析, AMESim仿真, 故障诊断

Abstract:

The weight vector is introduced into the traditional principal component analysis（PCA）so as to improve the rapidity and accuracy of fault diagnosis on hydraulic driving system of shield cutterhead; and the formula of variableweightedprincipalcomponentanalysis (VWPCA)method is deduced.The model of cutterhead hydraulic driving system of earth pressure balance shield with diameter of 6 450 mm is established by software AMESim; and 12 variables and 6 faults are selected and simulated respectively. And then, the weight vectors of every fault can be obtained from the simulation data.As a result,the model of VWPCA method can be established to study the fault samples.The study results show that the contributions of every variable to different faults can be improved by variable weighting; the accuracy of system fault diagnosis by VWPCA method can be significantly improved by more than 50%.

Key words: shield, cutterhead, hydraulic system, variable weighting (VW), principal component analysis (PCA), AMESim simulation, fault diagnosis

中图分类号:

U 455.3+1

郝用兴，刘玉洋，周建军，周洋，郑淑娟，雷超. 基于VW-PCA的盾构刀盘驱动液压系统故障诊断[J]. 隧道建设, 2018, 38(1): 118-123.

HAO Yongxing, LIU Yuyang, ZHOU Jianjun, ZHOU Yang, ZHENG Shujuan, LEI Chao. Fault Diagnosis on Hydraulic Driving System of Shield Cutterhead Based on VariableWeightedPrincipalComponentAnalysis (VWPCA)[J]. Tunnel Construction, 2018, 38(1): 118-123.

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基于VW-PCA的盾构刀盘驱动液压系统故障诊断

Fault Diagnosis on Hydraulic Driving System of Shield Cutterhead Based on VariableWeightedPrincipalComponentAnalysis (VWPCA)

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