基于提升小波包变换和集成支持矢量机的早期故障智能诊断

为了解决机电设备早期故障难以正确识别的问题,有效地提高分类的准确率,提出一种基于提升小波包变换和集成支持矢量机的早期故障智能诊断新方法。首先,该方法采用提升策略构造基于冲击故障信号特征的双正交小波,借助提升小波包变换提取信号的敏感频带特征,从而通过对敏感频带中的小波包系数进行包络解调分析检测出故障特征频率。其次,通过距离评估技术从原始信号和小波包系数的统计特征中选取最优特征集。最后,将最优特征输入到集成支持矢量机中,实现对不同故障类型的识别。将该方法应用于滚动轴承的早期故障诊断中,测试结果表明,该方法能够有效地提取故障特征,具有比单一支持矢量机更好的分类性能,故障诊断准确率更高。     

基于多小波包和邻域粗糙集的故障诊断模型

为了解决机械设备复合故障难以正确识别的问题,提出一种基于多小波包和邻域粗糙集的机械故障诊断模型.首先,采用多小波包对原始振动信号进行分解,分别提取原始信号和各分解频带信号的时域特征组成原始特征;然后,采用邻域粗糙集方法筛选出敏感特征作为多分类支持向量机的输入,实现机械设备不同状态的自动识别.模型应用结果表明相比于传统小波包,多小波包分解够提取到更丰富的故障信息和获得较高的识别精度;邻域粗糙集能够从大量的原始特征中选择出敏感特征,减小分类算法的复杂性,进一步提高分类准确率.该模型在复合故障的诊断方面具有显著优势.     

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。     

基于小波包最优节点能量特征的BA-ELM齿轮故障诊断方法

针对表征齿轮故障特征信息难提取与极限学习机输入权值与隐含层节点阈值随机选取,致使齿轮故障分类模型泛化能力弱、精度差的问题,提出一种基于小波包最优节点能量特征的BA-ELM齿轮故障诊断方法。该方法首先将齿轮振动信号经过小波包分解,再利用分解所得各节点信号与原信号的相关系数选取出最优节点并计算其能量特征;其次,利用蝙蝠算法优化极限学习机的输入权值与隐含层节点阈值,建立BA-ELM的齿轮故障分类模型;最后,将所得小波包最优节点能量特征向量作为模型输入进行齿轮不同故障状态的分类识别。实验结果表明,与基于SVM和ELM的故障分类方法相比,基于小波包最优节点能量特征的BA-ELM齿轮故障诊断方法具有更高的分类精度,更强的泛化能力。     

随机森林算法在柴油机故障诊断中的应用

针对基于单一分类器的柴油发动机常见故障识别效果不够理想,泛化性较差等问题,结合实验数据探索了一种随机森林(Random Forest,RF)分类器,提出小波包分解和随机森林相结合的柴油发动机故障诊断方法。首先,对缸盖振动信号进行小波包分解,并利用分解所得的小波包重构系数计算各频带能量特征;然后,对小波包频带能量特征进行归一化处理,得到特征向量;最后,特征向量作为输入参数输入到随机森林算法中,训练得到分类模型,对柴油机常见故障进行识别。实验结果表明,随机森林方法相比于单一分类器可以更准确的识别出柴油机的运行状态,该方法在柴油发动机在线监测与故障诊断领域中具有良好的应用前景。     

基于优选小波包和PSO-SVM的失火故障诊断

小波包变换在柴油机故障特征提取中应用广泛,其中,小波包基函数的选取对特征提取性能的影响至关重要。基于此提出了1种优选小波包和粒子群优化支持向量机(PSO-SVM)的失火诊断方法。首先,选择5种不同类型的离散小波包基函数分别对缸盖振动信号进行小波包多层分解;然后,计算缸盖振动信号的小波包能量与信息熵的比值,从中选择比值最大的小波包基函数作为最优的小波包基函数;进一步,采用最优小波包基函数分解缸盖振动信号并提取小波包频带能量概率密度作为特征向量,以及构造故障诊断特征集;最终,将故障诊断特征集输送到粒子群优化支持向量机中进行柴油机失火诊断识别。实验结果表明,利用最优小波包基函数提取特征具有良好的效果,同时PSO-SVM的识别准确率达到97.5%,说明了优选小波包和PSO-SVM的诊断方法是可行且有效的。     

基于小波包分解和频率加权能量算子的滚动轴承故障诊断

针对强背景噪声下故障特征信号提取难的问题,利用小波包分解能重构信号高低频的特点和频率加权能量算子抗干扰性强的优势,提出基于小波包分解与频率加权能量算子相结合的滚动轴承故障诊断方法。首先运用小波包分解对原始信号进行三层小波包分解,通过计算各个分量的峭度得出最优分解系数;再利用频率加权能量算子追踪信号的瞬时能量并求其包络谱;最后分析包络谱中频率成分并与对应故障特征频率进行对比。仿真信号和实验数据都能证明所提方案的有效性和实用性。     

基于小波包与奇异值分解的GA-SVM滚动轴承故障诊断方法研究

针对滚动轴承故障诊断中特征向量难以提取与支持向量机结构参数选取依据经验的问题,提出了基于小波包与奇异值分解的GA-SVM滚动轴承故障诊断方法。首先,采用小波包对采集的滚动轴承各状态下的信号进行分解,获取表征信号局部特征的各节点系数,在此基础上构建各节点系数矩阵并进行奇异值分解,来获取特征向量进而将其作为故障诊断模型的输入;其次,利用遗传算法(GA)优化支持向量机(SVM)的惩罚系数和高斯核系数两个结构参数;最后,将上述特征向量作为输入,建立GA优化SVM的故障诊断模型,实现滚动轴承的状态辨识。实验结果表明,与BP、SVM、PSOSVM相比,基于小波包与奇异值分解的GA优化SVM滚动轴承故障诊断方法具有更高的分类精度,能够提高滚动轴承状态辨识的效果。     

基于小波包参数模型的滚动轴承智能故障诊断

针对平稳自回归模型无法准确描述滚动轴承振动信号的非平稳性,提出一种结合小波包分解与自回归模型的故障特征提取方法,以提取能准确反映轴承运行状态的特征向量。首先,通过小波包变换对滚动轴承运行时产生的非平稳振动信号进行分解,得到一系列刻画原始信号特征的系数;然后,利用自相关算法对各系数建立自回归模型,并将自回归模型的参数作为特征向量;最后,采用支持向量机分类器对提取的特征向量进行故障分类,从而实现滚动轴承的智能故障诊断。仿真结果表明该方法的有效性。     

基于小波包变换的回转窑托轮轴承故障诊断

针对回转窑对象给出了水泥回转窑故障诊断框图。说明了水泥回转窑工艺流程和常见的水泥回转窑设备故障及原因。阐述了小波包分解方法和小波包分解的优缺点。阐述了基于小波包变换的水泥回转窑故障诊断算法,给出了基于小波包变换的轴承故障诊断流程图。对正常状态、外圈故障状态和内圈故障状态的轴承小波包变换进行分析。得到经小波包分解1~4层细节进行重构后的波形图,得到经4层小波包分解后各频带的能量分布以及重构信号的包络图。将正常状态下小波包分解后的能量频谱信号与故障状态下的进行比照,通过能量频谱信号的不同,确定正常状态和故障状态的特征信息。文中对采集到的振动信号进行小波包分解,对分解后不同频带上的信号进行功率谱计算,通过能量的改变表示某一种特征信号,再对提取到的特征信号进行Hilbert谱分析。最终,通过对特征信号的Hilbert谱分析来区分出不同的故障。     

基于递归定量分析的液压泵故障识别方法

提出了一种局部投影消噪和递归定量分析相结合的轴向柱塞泵故障识别方法。以轴向柱塞泵故障振动信号为研究对象，首先用局部投影消噪方法对振动信号进行消噪；其次对消噪后的振动信号绘制递归图，进而通过递归定量分析对递归图所反映出的系统动力学信息进行特征提取，选择确定率（DET）和递归熵(ENTR)2个特征构成特征向量，构成故障特征样本；然后通过核模糊C均值聚类(KFCMC)方法对训练样本进行聚类,进而依据最小欧氏距离准则对测试样本进行故障识别；最后，将递归定量分析方法和相空间复杂网络定量特征方法进行对比。结果表明，基于递归定量分析的轴向柱塞泵故障识别方法具有更高的故障确诊率。     

小波包和小波脊线相结合的解调方法在液压泵故障诊断中的应用

针对轴向柱塞泵故障振动信号呈现出的非平稳和非线性特点,提出了一种基于小波包能量法与小波脊线法相结合的信号解调方法,将其用于液压泵故障诊断中的信号解调过程。该方法首先对原始振动信号进行功率谱分析,明确故障振动信号反映出的能量集中频带带宽;根据确定的带宽和原始信号分析频率设定小波包分解的层数,采用小波包能量法提取出分解系数对应频带能量最大的特征信息进行信号重构;利用小波脊线法对重构后的频带信号进行解调处理,通过信号的包络解调谱提取故障的特征频率,利用解调后的时频谱对液压泵单柱塞滑靴磨损、斜盘磨损以及中心弹簧故障进行分析。通过实验结果验证,该方法能有效地对液压泵的故障信号进行解调,并能找出反映故障的敏感特征频率。     

基于能量增强的双斜式轴向柱塞泵滑靴磨损故障诊断方法

针对盾构机等大型设备用双斜式轴向柱塞泵故障诊断中滑靴磨损故障特征信号易被湮没的问题,提出了一种基于能量增强的双斜式轴向柱塞泵滑靴磨损故障诊断方法。首先,考虑到双斜式柱塞泵滑靴磨损会造成轴向、径向两个方向的振动,对发生滑靴磨损故障下的泵的力学特性进行分析,确定了敏感频率范围;其次,考虑到故障信号易被湮没,将轴向和径向的振动信号分别进行小波包分解,进而得到轴向和径向的振动信号的能量谱,并将轴向与径向敏感频率范围内的能量谱进行叠加,增强故障特征;最后基于试验数据进行验证,对比正常状态与滑靴故障状态下的能量谱,可以有效提高故障诊断的准确度。     

基于往复压缩机轴心轨迹特征的故障诊断方法研究

往复压缩机的故障诊断一直以来都是研究工作的重点问题,对其关键运动部件的监测诊断更是研究的热点之一。当往复压缩机发生运动部件磨损、撞缸等故障时,活塞杆的运行状态会发生改变,进而引起活塞杆轴心轨迹的变化。因此,提出了一种基于活塞杆轴心轨迹的往复压缩机智能诊断方法。首先,文章利用改进的离散点轮廓包络方法提取活塞杆轴心轨迹特征,同时提取活塞杆信号的时、频域特征;然后利用ReliefF方法计算轴心轨迹特征与时、频域特征的特征权重,选取大于各自权重均值的特征分别组成轴心轨迹敏感特征集和时频域敏感特征集;最后,提取2个特征集的Related-Similar(RS)特征,将其融合后作为BP神经网络的训练特征集训练故障诊断模型。利用往复压缩机磨损故障和撞缸故障的数据对模型进行验证,结果表明,模型能较好地识别这两种故障,并且故障恶化时的识别准确率均达到了99%以上。     

基于小波包分解与DAG SVM的柱塞泵故障诊断

针对柱塞泵检测诊断中故障特征模糊、成因复杂、难以准确定位的问题,结合决策树与支持向量机提出一种基于小波包分解与DAG SVM的柱塞泵故障诊断方法。该方法预先对所用C SVM和RBF核函数的参数进行优化,而后采用db5小波包对泵体振动信号进行三层分解以提取特征向量,将特征向量输入支持向量机完成其训练及模式识别过程。同时设计了柱塞泵故障诊断的一体化装置,通过模拟不同故障,利用已知故障样本完成支持向量机的训练过程,进而对待测样本进行故障模式识别。诊断结果与样本已知状态相符,验证了该方法的准确性。     

Fault diagnosis of axial piston pumps with multi-sensor data and convolutional neural network

Axial piston pumps have wide applications in hydraulic systems for power transmission. Their condition monitoring and fault diagnosis are essential in ensuring the safety and reliability of the entire hydraulic system. Vibration and discharge pressure signals are two common signals used for the fault diagnosis of axial piston pumps because of their sensitivity to pump health conditions. However, most of the previous fault diagnosis methods only used vibration or pressure signal, and literatures related to multi-sensor data fusion for the pump fault diagnosis are limited. This paper presents an end-to-end multi-sensor data fusion method for the fault diagnosis of axial piston pumps. The vibration and pressure signals under different pump health conditions are fused into RGB images and then recognized by a convolutional neural network. Experiments were performed on an axial piston pump to confirm the effectiveness of the proposed method. Results show that the proposed multi-sensor data fusion method greatly improves the fault diagnosis of axial piston pumps in terms of accuracy and robustness and has better diagnostic performance than other existing diagnosis methods.     

类间数据不均衡条件下基于平衡随机森林的轴向柱塞泵故障诊断方法

针对轴向柱塞泵实际故障诊断中采集到的故障类数据远少于正常类数据的情况,为提升故障分类精确率,提出了一种基于平衡随机森林(Balanced Random Forest,BRF)的轴向柱塞泵故障诊断方法.BRF算法是随机森林(Random Forest,RF)的改进算法,将欠采样方法与RF结合,强化了RF处理非均衡数据的能...     

基于局部s变换和极限学习机的柱塞泵滑靴磨损故障诊断

针对轴向柱塞泵结构复杂、故障信号微弱且易受噪声干扰难以进行故障模式识别的问题,提出一种基于局部s变换和极限学习机的柱塞泵故障诊断方法,对不同程度滑靴磨损故障进行诊断。采集柱塞泵在正常和不同故障状态下的振动信号进行局部s变换,对不同的特征向量组进行定性和定量比较,选择提取s矩阵最大奇异值、转轴振动基频能量占比和柱塞振动基频能量占比共三维特征向量,将特征向量输入极限学习机完成故障模式的识别,识别精度可达99%以上。最后将极限学习机与支撑向量机分类结果进行对比,证明所提故障诊断方法可以用较少的特征向量获得较高的诊断精度。     

Fault diagnosis of rotating machinery based on improved wavelet package transform and SVMs ensemble

This paper presents a novel method for fault diagnosis based on an improved wavelet package transform (IWPT), a distance evaluation technique and the support vector machines (SVMs) ensemble. The method consists of three stages. Firstly, with investigating the feature of impact fault in vibration signals, a biorthogonal wavelet with impact property is constructed via lifting scheme, and the IWPT is carried out to extract salient frequency-band features from raw vibration signals. Then, the faulty features can be detected by envelope spectrum analysis of wavelet package coefficients of the most salient frequency band. Secondly, with the distance evaluation technique, the optimal features are selected from the statistical characteristics of raw signals and wavelet package coefficients, and the energy characteristics of decomposition frequency band. Finally, the optimal features are input into the SVMs ensemble with AdaBoost algorithm to identify the different abnormal cases. The proposed method is applied to the fault diagnosis of rolling element bearings, and testing results show that the SVMs ensemble can reliably separate different fault conditions and identify the severity of incipient faults, which has a better classification performance compared to the single SVMs.