(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111536037.2 (22)申请日 2021.12.15 (71)申请人 浙江理工大 学 地址 310000 浙江省杭州市杭州经济技 术 开发区白杨街道 2号大街9 28号 (72)发明人 陈换过　徐淼　李江　岑恩杰　 李世杰　杨高朋　陈培　 (74)专利代理 机构 浙江侨悦专利代理有限公司 33470 专利代理师 居延娟 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/02(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种机电静压伺服机构故障预测及管理方 法及系统 (57)摘要 本发明提供一种机电静压伺服机构故障预 测及管理方法及系统， 针对机电静压伺服机构 全 寿命周期失效机理、 故障预测和健康管理研究中 存在的关键问题， 建立与实体机电静压伺服机构 逼近仿真模 型， 研究典型任务剖面与实测环境应 力模式下的故障模式与故障机理、 基于仿真模型 与实物实验 结合的全工况故障数据集构建、 健康 表征参数分析与提取、 性能退化趋势预测、 PHM系 统等技术， 构建典型装备关键系统的故障预测与 健康管理技术框架， 研制故障预测与健康状态评 估工具平台， 实现机电静压伺服机构全寿命周期 的故障预测与健康管理。 权利要求书3页 说明书6页 附图2页 CN 115248994 A 2022.10.28 CN 115248994 A 1.一种机电静压伺服机构故障预测及管理方法， 其特 征在于， 包括： 基于机电静压伺服机构各个部件的材料属性、 功能、 制造工艺、 装配工艺建立仿真模 型， 并根据各个部件的连接关系将仿真模型集成为系统； 通过实验的方式， 找出同批次机电静压伺服机构实体重要参数的统计学分布规律并存 储， 利用其代替上一步骤所建模型当中的所述重要参数， 在仿真时依据概率调用其中的一 个值； 将作动指令同时输入到机电静压伺服机构的物理实体与仿真模型中， 对比物 理实体模 型的运行数据和仿真模型 的运行数据， 对仿真模型进行参数优化， 使得仿真模型与没有损 耗的物理实体充分逼近； 按照机电静压伺服机构关键元器件、 部件的故障机理及演化规律， 同时考虑机电静压 伺服机构在研制、 测试、 使用过程中的专家信息， 通过实验建立机电静压伺服机构故障特征 参量随时间退化的数 学模型； 建立基于性能退化和数据融合的伺服机构故障概率预测模型， 获取随时间变化的故障 特征参量值及其分布； 更改仿真模型的参数以模拟 故障发生， 重复多次测定在特定故障下伺服机构的故障特 征参数阈值及其 概率分布； 根据建立的伺服机构故障概率预测模型， 利用蒙特卡洛模拟比较当前状态特征参数与 故障阈值， 获得伺服机构故障概 率和剩余寿命的估计值； 基于物理实体与仿真模型搭建机电静压伺服机构的PHM系统， 对伺服系统多源异构数 据进行充分挖掘分析， 通过构建伺服系统的故障预测和健康评估实验平台实现对伺服系统 的健康管理。 2.根据权利要求1所述的一种机电静压伺 服机构故障预测及管理方法， 其特征在于， 所 述基于机电静压伺服机构各个部件的材料属性、 功能、 制造工艺、 装配工艺建立仿真模型， 并根据各个部件的连接关系将仿真模型集成为系统， 包括： 所述仿真模型依据各部分的特 点分平台完成， 伺服电机及控制系统在mat lab/simulink平台当中完成， 液压管道与作动器 借助CAD完成建模， 流体与应力分析通过ANASYS  Fluent和ANASYS实现。 3.根据权利要求1所述的一种机电静压伺 服机构故障预测及管理方法， 其特征在于， 所 述通过实验的方式， 找出同批次机电静压伺服机构实体重要参数的统计学分布规律并存 储， 利用其代替上一步骤所建模 型当中的不变参数， 在仿 真时依据概率调用其中的一个值， 包括： 所述的重要参数包含： 线圈电阻、 电机转轴的剪切弹性模量、 液压泵的效率、 液压油的 黏度、 作动器活塞与刚体的摩擦系 数； 所述利用其代替上一步骤所建模型当中的所述重要 参数， 在仿真时依据概 率调用其中的一个值。 4.根据权利要求1所述的一种机电静压伺 服机构故障预测及管理方法， 其特征在于， 所 述将动作指令同时输入到机电静压伺服机构的物理实体与仿真模型中， 对比物理实体模型 的运行数据和仿 真模型的运行数据， 对仿 真模型进 行参数优化； 包括： 对物理实体和仿 真模 型输入同样的作动 指令， 选取伺服电机的电流、 伺服电机的电压、 指 令速度、 作动器的位移、 作动器的速度、 作动器伸出腔压力、 作动器缩回腔压力， 以这些物理量在物理实体和仿 真模 型中的差作为指标， 以指标的收敛作为 参数优化的评价标准。 5.根据权利要求1所述的一种机电静压伺 服机构故障预测及管理方法， 其特征在于， 所权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115248994 A 2述建立机电静压伺服机构故障特征参量随时间退化的数学模型； 包括： 首先， 选择某一种典 型的机电静压伺服机构故障模式， 对其故障机理进 行分析， 通过故障机理找出影响因素， 对 发生故障的关键部件进行加速寿命实验， 加速其失效， 找出失效程度与时间的关系； 其次， 将不同程度的失效部件嵌入机电静压伺服机构实体当中， 找出对应的故障特征参量的值， 在二维坐标系当中， 以故障程度为横轴， 故障特征参量为 纵轴， 拟合出故障特征参量随故障 程度的变化关系； 结合上述得到的两种关系， 得 出故障特 征参量随时间退化的数 学模型。 6.根据权利要求1所述的一种机电静压伺 服机构故障预测及管理方法， 其特征在于， 所 述通过构建伺服系统的故障预测和 健康评估实验平台实现对伺服系统的健康管理， 包括： 建立包含伺服系统、 数字仿 真仿真模型计算机、 故障预测与健康管理计算机、 传感器数据采 集与信号调理系统、 多源数据接口的硬件平台， 实现伺服机构的驱动控制和真实工况 的负 载施加、 故障的软硬件 模式注入、 以及外 部数据的导入分析与系统故障诊断和健康管理； 建立数据集成与融合单元、 数据挖掘与分析单元、 工程评定单元、 故障诊断和健康评估 单元以及决策支持单元 的软件平台， 对伺服系统进行全生命周期数据存储与管理、 数据分 析与处理、 工程评 定、 故障诊断与健康评估以及智能重构和延寿决策支持。 7.一种机电静压伺服机构故障预测及管理系统， 其特 征在于， 包括： 数字仿真模型建立模块： 用于基于机电静压伺服机构各个部件的材料属性、 功能、 制造 工艺、 装配工艺建立仿真模型， 并根据各个部件的连接关系将仿真模型集成为系统； 模型重要参数统计分布模块： 用于存放与实验相符合的仿真模型重要参数的统计学分 布规律， 在仿真时依据概 率调用其中的一个值； 模型参数优化模块： 用于将作动指令同时输入到机电静压伺 服机构的物理实体与仿真 模型中， 对比物理实体模型的运行数据和仿 真模型的运行数据， 对仿 真模型进 行参数优化， 使得仿真模型与没有损耗的物理实体充分逼近； 故障概率预测模块： 用于按照机电静压伺服机构关键元器件、 部件的故障机理及演化 规律， 同时考虑机电静压伺服机构在研制、 测试、 使用过程中的专家信息， 通过实验建立机 电静压伺服机构故障特 征参量随时间退化的数 学模型； 建立基于性能退化和数据融合的伺服机构故障概率预测模型， 获取随时间变化的故障 特征参量值及其分布； 更改仿真模型的参数以模拟 故障发生， 重复多次测定在特定故障下伺服机构的故障特 征参数阈值及其 概率分布； 根据建立的伺服机构故障概率预测模型， 利用蒙特卡洛模拟比较当前状态特征参数与 故障阈值， 获得伺服机构故障概 率和剩余寿命的估计值； 健康管理模块： 用于基于物 理实体与仿真模型搭建机电静压伺服机构的PHM系统， 对伺 服系统多源异构数据进行充分挖掘分析， 通过构建伺服系统的故障预测和健康评估实验平 台实现对伺服系统的健康管理。 8.一种机电静压伺服机构故障预测及管理终端， 其特征在于， 所述终端包括： 存储器、 处理器； 所述存储器用于存储计算机程序， 所述计算机程序包括程序指令， 所护处理器被配 置调用所述程序指令， 执行如权利要求1 ‑6中任一所述的一种机电静压伺服机构故障预测 及管理方法。 9.一种计算机可读存储介质， 其特征在于， 所述计算机可读存储介质存储有计算机程权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115248994 A 3