利用Petri網(wǎng)進(jìn)行多軸機(jī)床故障診斷

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1、利用Petri網(wǎng)進(jìn)行多軸機(jī)床故障診斷扌商要：本文分析了多軸機(jī)床安裝和生產(chǎn)屮所而臨的故障問題，結(jié)合故障診斷問題的特點(diǎn)，在基TPetri網(wǎng)基本原理的前提下，建立了故障診斷的Petri網(wǎng)模型，并分析了故障的傳播機(jī)理。關(guān)鍵詞：多軸機(jī)床；故障診斷；Petri網(wǎng)模型1引言多軸機(jī)床是現(xiàn)在生產(chǎn)系統(tǒng)中的一種重耍設(shè)備，具冇復(fù)雜的結(jié)構(gòu)（如圖1所示）。在機(jī)床的安裝、調(diào)試和生產(chǎn)過程中發(fā)生的故障會(huì)影響機(jī)床的生產(chǎn)運(yùn)行，甚至?xí){到人身安全。因此找出故障源是非常重要的。圖1典型的水平型多軸機(jī)床Petri網(wǎng)是一種離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模工具，具有圖形建模的直觀性和分析的嚴(yán)謹(jǐn)性，尤其能夠很

2、好的刻畫并發(fā)、競(jìng)爭(zhēng)和同步等行為。故障診斷和容錯(cuò)是Petri網(wǎng)的一個(gè)非常有前途的應(yīng)用領(lǐng)域。Petri網(wǎng)可用于在故障檢測(cè)和診斷領(lǐng)域屮表達(dá)系統(tǒng)的邏輯關(guān)系，完成知識(shí)表示和診斷推理；也可用Petri網(wǎng)建立被診斷對(duì)象的行為模型，利用Petri網(wǎng)的屈性進(jìn)行基于模型的推理。零件的加工精度是許多生產(chǎn)廠商最為重視的問題，木文分析了對(duì)機(jī)床加工精度有重要影響的故障問題，并建立了相應(yīng)的故障模型，分析了故障傳播的機(jī)理。2多軸機(jī)床的故障分析在多軸機(jī)床屮有很多故障源影響機(jī)床的加工精度，如；兒何、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷、伺服循環(huán)參數(shù)的不匹配和熱偏差等。我們主要研究幾何/運(yùn)動(dòng)故障和熱故障。幾何

3、故障主耍是由于機(jī)床零件的生產(chǎn)誤差、機(jī)床在安裝和調(diào)試中不同零件的裝配誤并和振動(dòng)造成的零件位置相對(duì)移動(dòng)等原因造成的。在多軸機(jī)床中造成兒何故障的故障源如下：（1）機(jī)床的傳動(dòng)鏈路的兒何誤差：如鏈路的長(zhǎng)度；（2）傳動(dòng)部件的彈性變形：如主軸彎曲；（3）機(jī)床在加速和制動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力；（4）機(jī)床在加工零件時(shí)的切割力；（5）機(jī)床中的控制系統(tǒng)；（6）相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件之間的摩擦和擠壓；（7）機(jī)床振動(dòng)：如主軸振動(dòng)。在機(jī)床的運(yùn)行過程當(dāng)中，機(jī)床處于由其內(nèi)部和外部的各種熱源所產(chǎn)生的不穩(wěn)定的熱場(chǎng)狀態(tài)當(dāng)屮。當(dāng)機(jī)床長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生熱故障，機(jī)床的持續(xù)運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致機(jī)床內(nèi)部相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部

4、件發(fā)熱，使整個(gè)機(jī)床處于高溫狀態(tài)，從而導(dǎo)致機(jī)床的結(jié)構(gòu)部件產(chǎn)生膨脹。這些結(jié)構(gòu)部件的膨脹變形會(huì)導(dǎo)致機(jī)床的定位產(chǎn)生偏差，最終使機(jī)床的加工精度嚴(yán)重下降。兇此rtr丁機(jī)床外部的熱源和機(jī)床內(nèi)部的熱源所造成的熱故障是機(jī)床總體故障的重要的組成部分。機(jī)床的主要熱源如門（1）齒輪和液壓油；（2）軸承；（3）電機(jī)；（4）離合器和驅(qū)動(dòng)器；（5）導(dǎo)軌；（6）外部的各種熱源。實(shí)際生產(chǎn)中，在內(nèi)部熱源和外部熱源的作用下，銃床的結(jié)構(gòu)部件產(chǎn)生了很大的變形，這必將嚴(yán)重的影響銃床的加工精度。3基于Petri網(wǎng)的故障診斷算法為了能夠捉高機(jī)床的生產(chǎn)效率，故障診斷必須在機(jī)床運(yùn)行過程當(dāng)屮，對(duì)機(jī)床的運(yùn)

5、行狀態(tài)及時(shí)做出判斷，采取相應(yīng)的措施。當(dāng)機(jī)床出現(xiàn)異常征兆時(shí)，必須停機(jī)檢修或者停止使用，等機(jī)床恢復(fù)正常以后，才可以繼續(xù)運(yùn)行。因此必須弄清故障傳播的機(jī)理。在實(shí)際情況中，故障的傳播過程是一個(gè)連續(xù)觸發(fā)的過程，當(dāng)一個(gè)故障征兆出現(xiàn)以后將會(huì)導(dǎo)致一系列后繼的故障狀態(tài)發(fā)生。同時(shí)，故障的發(fā)生具冇并發(fā)的特點(diǎn),當(dāng)一個(gè)故障征兆出現(xiàn)后，故障會(huì)沿著多條路徑同時(shí)傳播，從而導(dǎo)致多個(gè)后繼故障狀態(tài)出現(xiàn)。所以，我們?cè)谶M(jìn)行故障診斷問題的研究當(dāng)中，既要注意對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的研究同時(shí)也要重視對(duì)代表不同因果關(guān)系的狀態(tài)的變化過程進(jìn)行研究，以便從中得到更多的關(guān)于故障問題的信息。按我們?cè)兠嫠榻B的故障傳播機(jī)理來

6、分析，故障在傳播過程屮存在著并發(fā)特性，同-?個(gè)位置的所有輸出變遷代表了多條不同的故障傳播路徑，不存在傳統(tǒng)的Petri網(wǎng)理論中的結(jié)構(gòu)沖突問題。因此，傳統(tǒng)的Petri網(wǎng)方法不適合于描述故障診斷。本文中結(jié)合故障診斷問題的特點(diǎn)，通過引入時(shí)間標(biāo)簽，對(duì)Petri網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了新的定義，得出了新的Petri網(wǎng)故障診斷算法。在新的算法屮，當(dāng)變遷沒有吋間標(biāo)簽吋表示變遷沒有被激發(fā)過，可以在滿足下面給出的條件時(shí)被激發(fā)；而當(dāng)變遷帶有時(shí)間標(biāo)簽時(shí)則表示己經(jīng)被激發(fā)過不能再被激發(fā)了。而且根據(jù)變遷的時(shí)間標(biāo)簽也可以很容易的查出故障源。我們令J表示已經(jīng)帶冇時(shí)間標(biāo)簽的變遷集；T表示網(wǎng)絡(luò)

7、的變遷集；m（/＞）表示位置人的標(biāo)識(shí)數(shù)；Pre（好）表示位置￡到變遷兀的權(quán)值；Post（P.,好）表示變遷兀到位置人的權(quán)值；。丐?表示變遷7；的輸入位置集；7；。表示變遷7；的輸出位置集；7；（n）表示變遷7；已經(jīng)在時(shí)刻n被激發(fā)了。所以當(dāng)變遷滿足下面的條件（1）時(shí)，變遷被激發(fā)：（1）Ifm（/p＞Pre（片，T.）A^J,X/￡w?then7；使能，可以激發(fā)，記為M（可＞,M二｛m（P［）,m（p2）,???，m（pn））為網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前標(biāo)識(shí)。同時(shí)變遷激發(fā)后，標(biāo)識(shí)的變化如下：（2）對(duì)于V人w?！?mn+1（C）二（￡）；VP.^T^,mn+1（片）二rr

8、in（片）+Post（P.,T-）0下面給岀Petri網(wǎng)故障診斷算法：算法Petri網(wǎng)故障診斷新算法步驟1：