基于多特征融合和BP-AdaBoost算法的列车关键零件故障自动识别

针对列车集尘器和安全链锁紧螺栓的故障检测,提出了一种基于多特征融合和BP-AdaBoost的故障自动识别算法。首先提取故障区域与非故障区域的局部二进制模式（LBP）、方向梯度直方图（HOG）和Haar-like三类特征;其次利用主成分分析（PCA）定义不同特征对故障识别准确率的贡献值,并据此对这三种特征进行降维和融合;再次利用融合特征来训练BP-AdaBoost分类器;最后用训练好的分类器结合不同的识别算法,对集尘器和安全链锁紧螺栓的故障进行定位和识别。实验结果表明,该算法能较好地识别两种不同故障,故障识别率高,误检率和漏检率低,对于光照不均和遮挡情况有一定的鲁棒性。     

广义精细复合多尺度样本熵与流形学习相结合的滚动轴承故障诊断方法

针对滚动轴承故障特征提取困难的问题,提出了一种广义精细复合多尺度样本熵(GRCMSE)与流形学习相结合的特征提取方法。利用GRCMSE提取滚动轴承故障特征信息;采用判别式扩散映射分析(DDMA)方法对高维特征进行降维处理;将低维故障特征输入粒子群优化支持向量机多故障分类器中进行故障识别。滚动轴承故障实验分析结果表明：GRCMSE特征提取效果优于多尺度样本熵(MSE)、精细复合多尺度样本熵(RCMSE)和广义多尺度样本熵(GMSE); DDMA降维效果优于等度规映射(Isomap)和局部切空间排列(LTSA)的降维效果;GRCMSE和DDMA相结合后的滚动轴承故障识别精度达到100%。     

基于低秩鉴别投影的轴承故障特征提取方法

根据滚动轴承故障振动信号特点,提出了一种基于低秩鉴别投影的轴承故障特征提取方法。由时域指标和小波频带能量组成高维特征空间,通过低秩鉴别投影方法对训练样本数据进行特征提取求出低维嵌入矩阵。为了寻找低秩鉴别投影算法在实例中的最优参数,利用网格搜索法寻参,同时将测试样本经低维嵌入矩阵转化后得到的特征向量输入到稀疏表示分类器中进行故障识别,以最高故障识别率对应的参数为最优参数。试验表明该方法有效、可行。     

随机降维映射稀疏表示的电能质量扰动多分类研究

提出一种随机降维映射特征提取与稀疏表示分类相结合的电能质量扰动信号识别方法.首先将扰动信号测试样本表示为训练样本集的过完备字典稀疏线性组合,然后使用随机测量矩阵获取测试样本降维特征量和稀疏表示感知矩阵,应用最小L1范数解决方案求取扰动信号测试样本的稀疏解,由冗余误差最小值确定目标归属类,实现对电能质量扰动的稀疏表示多分类识别.研究表明随机矩阵降维映射特征提取不依赖于电能扰动样本特性,构造简单,运算快速,具有普适性;稀疏表示分类法与支持向量机相比无需组合多个二分类器来实现多分类器.仿真和实验结果表明该方法能有效提取各种电能扰动特征,抗噪声鲁棒性好,在信噪比20dB以上的噪声环境中电能质量扰动分类准确率达95%以上.     

基于量子遗传算法的轴向柱塞泵故障特征选择

为了进一步减少特征维数、缩短运算时间、提高分类正确率等,提出了一种基于量子遗传算法的轴向柱塞泵故障特征选择方法,该方法采用量子位进行染色体编码,利用量子门更新种群。首先,对轴向柱塞泵振动信号进行小波包变换,提取出原始信号和各个小波包系数的统计特征;然后,利用量子遗传算法从原始特征集中选择出最优特征集;最后,以神经网络为分类器(其输入为最优特征集),对故障进行诊断与识别。利用该方法对轴向柱塞泵正常、缸体与配流盘磨损和柱塞滑履松动三种状态的特征集进行选择,试验结果表明,与普通遗传算法相比,量子遗传算法可以更有效地减少特征维数,提高分类正确率。     

基于半监督最大间隔字典学习的故障诊断方法

针对有标记故障样本不足及传统半监督诊断方法识别率低的问题,提出基于半监督最大间隔字典学习算法(semi-supervised max-margin dictionary learning,简称SSMMDL)的故障诊断方法。该方法将无标记样本重构误差项添加至最大间隔字典学习算法模型中,通过最小化无标记样本稀疏重构误差项、有标记样本稀疏重构误差项、支持向量机的损失函数正则项和分类间隔正则项,实现字典和支持向量机的同步学习,从而获得判别能力较强的字典。在此基础上,运用稀疏编码获得测试样本的稀疏表示,利用基于稀疏表示的分类器进行故障识别。通过对转子不同故障进行识别,结果表明所提方法较相关对比算法识别准确率更高,可以满足机械故障在线监测的需要。     

化工系统海量数据的扩散映射和异常辨识

为充分提取化工系统中的故障特征以辨识故障类型,提出针对动态系统海量数据的故障分类方法。该方法利用扩散映射算法与扩散映射的线性增量算法,对高维空间中的化工系统运行数据进行降维,提取出数据中的低维流形特征。利用降维后的故障样本训练支持向量机多类分类器,实现系统在线数据异常辨识。通过田纳西—伊斯曼仿真数据和实际生产运行数据验证了方法的可行性和高效性。与其他类似分类方法对比,该方法具有更高的分类精度。     

基于判别字典学习的电能质量扰动识别方法

电能质量扰动识别方法通常是先通过数字信号处理工具对信号进行检测和特征提取,再采用人工智能方法对特征进行分类识别,增加了识别过程的复杂性和冗余性。提出一种基于判别字典学习(DDL)的稀疏表示电能质量扰动识别方法,可有效减少识别步骤、降低复杂性,并提高识别率。该方法首先采用主成分分析方法将K类扰动训练样本集降维为扰动降维特征训练样本集,由各类样本分别训练出冗余子字典,然后级联成判别字典。接着基于l0范数算法求解出降维测试信号在该判别字典下的稀疏表示矩阵,最后利用不同的冗余子字典重构测试样本,由冗余残差最小值确定目标归属类,实现对电能质量扰动信号的识别。仿真实验结果表明该方法能有效地对不同电能质量扰动进行识别,过程简单、数据量少、抗噪声鲁棒性好,在信噪比20 d B以上的噪声环境中电能质量扰动识别准确率达到95%以上。     

基于堆栈稀疏自编码器的齿轮箱故障诊断

针对当前齿轮箱故障诊断需要进行复杂的特征提取以及识别准确率不高等问题,提出了一种基于堆栈稀疏自编码器(SSAE)的齿轮箱故障诊断方法,采用时域分析对故障信号进行特征预处理,然后将其输入稀疏自编码器网络中进行特征优化以及降维,提取出表征信号本质信息的特征,最后将其输入到Softmax分类器中实现齿轮箱故障的分类。实验结果表明,该方法在相同工况和混合工况下的均能达到较高的识别精度,在混合工况下,其识别精度达到99.5%,高于文中提出的其他模型,因此该方法能有效地用于齿轮箱故障诊断。     

极限标签下基于解耦特征伪标签传播的故障诊断

面对实际工程中标签稀少,尤其是单类样本仅1个标签的极限标签场景,现有半监督诊断方法的故障识别能力严重不足。为此,本文提出一种基于解耦特征伪标签传播算法的半监督故障诊断方法。首先,引入局部选择的并行集成异常检测方法分离故障样本;其次,提出基于解耦特征的伪标签传播算法,通过解耦对抗自编码器获得增强的故障特征,进而通过故障特征降维、特征分布伪质心标定与距离度量实现高效伪标签传播;最后,利用伪标签故障样本训练故障分类器,结合异常检测实现高准确率故障诊断。两个旋转部件数据集上的实验结果表明,所提方法在单类故障标签数量为1时,同工况和跨工况实验下的平均诊断准确率分别超过97%和90%,明显优于对比方法。     

基于神经网络算法的故障检测技术

针对复杂的机电产品内部构件状态检测这一工程难题,本文介绍了一种自动在线检测系统.该系统采用X射线对产品成像,运用数字图像处理技术对射线图像进行预处理,由神经网络算法进行故障诊断.故障识别模型采用了改进的BP神经网络算法,以正常装配状态时的多幅图像经预处理后作为学习样本训练BP神经网络.检测时一般只需拍摄两幅不同方位的图像,经预处理后输入神经网络与样本图像进行比较判断,即可识别出关键元器件的状态.该系统将数字射线成像技术和图像处理技术相结合,并在故障识别算法中采用了神经网络算法,提高了产品故障的检测速度和可靠性,在工业无损检测领域具有一定的实用性.     

基于改进SIFT特征提取的车标识别

为减少SIFT车标识别算法中检测极值点的冗余以及各种图像变化因素的不利影响,提出了基于边缘约束和全局结构化的改进SIFT算法。利用图像不变矩理论及图像边缘检测算法只对目标图像的边缘区域检测,剔除与车标识别区域无关的极值点;同时将特征点邻域划分为圆形并计算出同心圆内像素点最大曲率来构建全局SIFT组合特征向量,使SIFT描述子具有全局描述特性;并结合SVM模型作为车标图像特征向量的分类器进行特征分类、识别。仿真实验结果表明:改进的SIFT算法可以减少冗余极值点约25%~45%,提高了检测极值点的有效性;使车标平均识别率达到97%以上,改善了识别实时性。改进SIFT的车标识别方法与几种常用的图像特征提取算子相比较具有识别率高、识别速度快的优点。     

基于半监督拉普拉斯特征映射的故障诊断

针对有标记故障样本不足和故障数据高维非线性的问题,提出了基于半监督拉普拉斯特征映射（LE）算法的故障诊断模型。该模型运用LE算法,直接从原始高维振动信号中提取低维流形特征,并将其输入到基于LE的半监督分类器,从而识别出机械设备的运行状态。与传统方法相比,该模型能明显提高滚动轴承和齿轮的故障识别性能。     

粗糙集-遗传算法-神经网络集成分类器及其在转子故障诊断中的应用研究

针对转子故障诊断问题,在综合粗糙集理论、遗传算法及神经网络学习算法各自优点的基础上,提出了一种新的粗糙集-遗传算法-神经网络（RS-GA-NN）集成分类器模型。在该模型中,利用粗糙集理论的离散和约简算法实现对样本数据的特征选取;利用神经网络实现样本特征向量与故障之间的非线性映射;利用遗传算法实现对神经网络的结构优化以使神经网络的泛化能力达到最优。利用转子故障实验台模拟了不平衡、不对中、碰摩及油膜涡动4种故障的127个样本,构建了多故障识别的RS-GA-NN集成分类器,进行了转子故障的智能诊断实验,获得了很好的效果。     

滚动轴承故障程度诊断的HMM方法研究

为提高滚动轴承故障诊断率,提出基于时频域指标的HMM轴承故障程度诊断方法。利用轴承故障模拟试验台,采集不同剥落程度滚动体的振动信号,分别提取均方值、有效值、方差、修正样本方差、标准差、频域中心及带宽共7个时域和频域指标作为特征向量训练HMM,得到基于HMM的诊断分类器。利用该分类器对330组待检滚动轴承振动信号进行分析,诊断正确率达90%以上,说明该方法能有效提取故障特征。     

基于LMD和HMM的旋转机械故障诊断

提出了基于局部均值分解（LMD）和隐马尔科夫模型(HMM)的旋转机械故障诊断方法。首先,对故障信号进行局部均值分解,提取瞬时能量作为故障特征向量;然后将故障特征向量输入HMM分类器进行模式识别,输出各状态的似然概率;以最大似然概率所对应的故障状态为诊断结果。通过滚动轴承点蚀故障诊断试验验证了该方法的有效性,并将其与基于EMD-HMM的故障诊断方法进行了比较。结果表明,基于LMD-HMM的故障诊断方法更适用于旋转机械的故障诊断。     

基于局部平衡判别投影的旋转机械故障诊断方法

针对旋转机械故障数据的多类别、高维复杂特性导致的分类困难问题,提出一种基于局部平衡判别投影(LBDP)的故障数据集降维方法。从时域、频域和时频域多个角度提取转子振动信号的混合特征,构建原始高维故障特征集;通过LBDP选择出其中最能反映故障本质的敏感特征子集;将得到的低维特征子集输入到K近邻分类器(KNN)中进行故障模式辨识。通过一个双转子系统的振动信号集合验证了所提出方法的有效性,证明了该方法能够全面地提取出局部判别信息,使故障类别之间的差异性更清晰。     

基于OC-VPMCD和ITD的滚动轴承故障诊断方法

基于变量预测模型的模式识别方法可以充分利用从原始数据中所提取的特征值之间的相互内在关系建立数学模型并以预测误差平方和值最小为判别函数进行分类。基于此,提出了一种新的一类分类方法--单类基于变量预测模型的模式识别（OC-VPMCD）方法,将该方法与本征时间尺度分解（ITD）方法相结合并应用于滚动轴承故障诊断。首先采用ITD对滚动轴承振动信号进行分解并对包含主要故障信息的若干固有旋转（PR）分量提取排列熵作为故障特征值;然后对OC-VPMCD分类器进行训练,并确定预测误差平方和阈值;最后进行OC-VPMCD模式识别,根据模式识别结果判断滚动轴承的工作状态正常与否。实验数据分析结果表明,该方法能够有效地应用于滚动轴承振动信号的故障诊断。     

A fault diagnosis approach for roller bearing based on VPMCD under variable speed condition

Essentially the fault diagnosis of roller bearing is a process of pattern recognition. However, existing pattern recognition method failed to capitalize on the nature of multivariate associations between the extracted fault features. Targeting such limitation, a new pattern recognition method – variable predictive model based class discriminate (VPMCD) is introduced into roller bearing fault identification. The VPMCD consider that all or part of the feature values will exhibit interactions in nature and these associations will have different performances between different classes, which is always true in practice when faults occur in roller bearings. Target to the characteristics of non-stationary and amplitude-modulated and frequency-modulated (AM–FM) of vibration signal picked up under variable speed condition, a fault diagnosis method based upon the VPMCD, order tracking technique and local mean decomposition (LMD) is put forward and applied to the roller bearing fault identification. Firstly, LMD and order tracking analysis method are combined to extract the fault features of roller bearing vibration signals under variable speed condition; Secondly, the feature values are regard as the input of VPMCD classifier; finally, the working condition and fault patterns of the roller bearings are identified automatically by the output of VPMCD classifier. The analysis results from experimental signals with normal and defective roller bearings indicate that the proposed fault diagnosis approach can distinguish the roller bearing status-with or without fault and fault patterns under variable speed condition accurately and effectively.