基于LTSA与K-最近邻分类器的故障诊断

针对局部切空间排列算法(LTSA)的效果受近邻数k值影响较大的缺点,提出基于聚类准则的LTSA与K-最近邻分类器的故障诊断模型。基于振动信号的时域特征构建高维特征矩阵;对高维矩阵进行标准化预处理,依据聚类准则确定局部切空间排列中的最佳近邻数k,运用LTSA提取高维矩阵的低维特征向量;将提取的低维特征向量利用K-最近邻分类器进行故障模式识别。采用轴承诊断实验系统进行验证,结果表明,基于聚类准则的优化方法可有效地克服近邻数k选择的盲目性,提高了局部切空间的降维精度和故障模式识别正确率,其在轴承时域特征维数约简方面,效果优于主成分分析(PCA)与拉普拉斯特征映射(LE),适用于轴承故障诊断。     

集成 KPCA 与 t‑SNE 的滚动轴承故障特征提取方法

针对滚动轴承原始数据集包含高维非敏感特征的问题,提出一种集成核主成分分析（Kernel Principal Component Analysis,KPCA）与 t?分布随机邻域嵌入（t?distributed Stochastic Neighbor Embedding,t?SNE）的滚动轴承故障低维敏感特征提取方法。该方法先计算滚动轴承原始振动信号的时域、频域以及时频域特征,构建初始高维特征数据集。利用 KPCA 降低高维数据集的相关性,在最大化高维数据全局特征方差的目标下,提取出非线性特征子集。通过 t?SNE 充分挖掘故障特征数据集的局部结构信息,进一步获取具有高判别性的低维敏感特征子集。将低维特征子集输入到 k?近邻分类器（k?nearest Neighbor Classifier,KNNC）进行分类,以分类准确率和聚类结果作为度量指标,对特征提取结果的优劣予以评价。上述过程综合考虑了数据集的全局和局部结构特征,充分利用了数据自身的结构信息,从而可准确提取其低维敏感特征。将该方法用于滚动轴承故障诊断实验中,通过与其他典型特征提取方法进行对比,及其对含噪情况下轴承故障特征的准确提取,验证了方法的有效性。     

基于SILPDA的旋转机械故障诊断方法EI北大核心CSCD

针对故障特征集因“维数灾难”导致的故障分类困难现状,提出了一种基于强化内蕴局部保持判别分析(strengthened intrinsic local preserving discriminant analysis, SILPDA)的故障特征集降维算法。该算法将强化的多流形内蕴模型与局部相似度矩阵融入目标函数的构建中,期间充分考虑了数据集的多流形结构特征并且保留了样本的局部结构信息,使降维后的低维特征子集易于实施分类运算,继而实现提高故障辨识精度的效果。利用转子试验台振动信号集合构建的原始故障特征集对算法性能进行了验证。结果表明,该算法能够从原始故障数据集中提取出利于实施分类运算的敏感特征子集,这些特征子集将会使不同故障类别之间的边界变得更加清晰,最终相较于局部保持投影(locality preserving projections, LPP)、线性判别分析(linear discriminant analysis, LDA)、局部边缘判别投影(locality margin discriminant projection, LMDP)等算法可实现更好的故障辨识效果。对于提高旋转机械大数据资源的价值密度,该算法提供了一种优化数据结构模型的理论依据。     

基于KSLPP与RWKNN的旋转机械故障诊断

针对旋转机械高维故障特征集识别精度低的问题,提出基于核监督局部保留投影（Kernel Supervised Locality Preserving Projection, KSLPP）与ReliefF特征加权的K近邻（ReliefF Weighted K-Nearest Neighbor, RWKNN）分类器相结合的维数约简故障诊断方法。该方法首先应用KSLPP提取故障特征集中的非线性信息,同时在降维投影过程中充分利用类别信息,使降维后最小化类内散度,最大化类间分离度;随后,将降维后得到的低维敏感特征集输入RWKNN进行模式识别,RWKNN能够突出不同特征对分类的贡献率,强化敏感特征,弱化不相关特征,提升了分类精度和鲁棒性。最后,通过典型转子实验台的故障特征集验证了该方法的有效性。     

数据特征选择与分类在机械故障诊断中的应用

针对机械故障数据的高维性和不平衡性,提出基于格拉斯曼流形的多聚类特征选择和迭代近邻过采样的故障分类方法。对采集到的振动信号,提取时域和频域相关特征,利用多聚类特征选择将高维数据以局部流形结构映射到低维特征集合。无标签样本借助迭代近邻过采样以恢复最大平衡性为目标进行样本分类,并对剩余无标签样本进行模糊分类。选取滚动轴承正常、外圈、内圈以及滚动体的故障数据,并与支持向量机、基于图的半监督学习算法进行对比。结果表明,提出的方法能有效识别出少数类故障,并在整体上有显著的分类效果。     

转子故障数据集降维的CKLPMDP算法研究

针对传统的数据降维方法难以兼顾局部流形结构和多流形判别结构学习的问题,提出一种相关熵测度核局部保持多流形判别投影算法(correntropy kernel locality preserving multi-manifold discriminant projection, CKLPMDP)的转子故障数据集降维方法。该方法的显著特点是采用相关熵测度监督近邻图的构建,首先将数据集映射到高维核空间,然后在核空间中综合考虑数据集的局部流形结构和多流形判别结构信息,提取出最优表征故障数据集的低维敏感特征矢量,采用三维图直观地显示出低维分类效果,并以低维敏感特征矢量输入K近邻分类器(K-nearest neighbor, KNN)中的辨识率和聚类分析中类间距S_b、类内距S_w作为衡量降维效果的指标。通过双跨转子实验台的振动信号数据集进行验证,与其他几种典型特征提取方法对比,该方法能更有效地提取出局部流形和多流形判别信息,在转子故障辨识中表现出更好的分类性能。     

基于半监督邻域自适应正交判别投影的转子故障诊断

针对故障特征集维数过高导致故障难以辨识的问题,提出一种基于半监督邻域自适应正交判别投影(SSNA-ODP)的转子故障诊断方法。提取原始振动信号的时域、频域、时频域特征构造混合域特征集;利用SSNA-ODP方法对混合域特征集进行维数约简,提取出有利于实施分类的低维特征子集;输入到支持向量机(SVM)中进行模式识别。典型故障数据样本的应用验证情况表明,该方法能够改善ODP方法在有标记样本较少时的泛化能力和使用全局统一邻域参数的数据流形特征,从而有效提高了故障识别的准确率。     

一种改进的邻域保持嵌入高光谱影像分类方法

为进一步提高邻域保持嵌入算法(NPE)在高光谱影像分类中的识别性能,提出一种改进的半监督邻域保持嵌入(SSNPE)算法。首先,该算法在NPE算法的基础上同时利用同类标记样本和邻域未标记样本获得数据的邻域嵌入结构。然后,通过增加近邻标记样本的权重加大降维数据的鉴别性。最后,通过利用k近邻分类器(KNN)对样本进行分类得到该算法在数据集上的分类性能。在Urban、Indian高光谱影像数据集上的实验结果表明,改进的算法的分类精度相比其他算法提高了约8.3%、6.2%以上,分类性能上有了较为明显的提高。     

基于流形学习和改进VPMCD的滚动轴承故障诊断方法*

提出一种基于拉普拉斯特征映射流形学习算法(Laplacian Eigenmaps,简称LE)和改进多变量预测模型(Variable predictive model based class discriminate,简称VPMCD)的滚动轴承故障诊断方法,首先对振动信号进行局部特征尺度分解(Local characteristic scale decomposition,简称LCD),并提取各内禀尺度分量(Intrinsic scale component,简称ISC)的特征构造高维特征向量,接着采用LE算法挖掘出高维数据中包含有效信息且具有内在规律性的低维特征,然后输入到基于Kriging的改进多变量预测模型(Kriging-variable predictive model based class discriminate,简称KVPMCD)分类器中进行模式识别。该方法充分利用并有效结合了LCD在信号处理、LE在挖掘特征信息和KVPMCD在模式识别方面的优势,实现了滚动轴承故障特征提取到故障识别的全程诊断。实验分析结果表明:基于LE算法和KVPMCD的分类方法可以有效地对滚动轴承的工作状态和故障类型进行识别。     

近邻概率距离在旋转机械故障集分类中的应用方法

针对多种故障类型的特征属性相互交叉导致故障难以辨识的问题,提出一种考虑相邻点之间成为近邻点概率的新度量函数。将新提出的近邻概率距离(Nearby Probability Distance,NPD)应用于局部保持投影算法(Locality Preserving Projection,LPP)与K-近邻(K-Nearest Neighbor,KNN)分类器中,提出基于近邻概率距离的局部保持投影算法(Nearby Probability Distance Locality Preserving Projection,NPDLPP)与基于近邻概率距离的K-近邻(Nearby Probability Distance K-Nearest Neighbor,NPDKNN)分类器;首先通过时域、频域特征提取方法,将振动信号转化为高维特征数据集,然后通过NPDLPP将高维数据集降维到低维空间,最后将降维得到的低维敏感特征集输入到NPDKNN中进行模式识别;用一个双跨度转子系统的振动信号集合进行验证,证明了所提出的降维算法效果明显,它能够达到各个故障类型更好分离。研究表明,新提出的近邻概率距离较传统的欧式距离测度更能最小化类内散度,最大化类间分离度。