复合多尺度反向散布熵在轴承故障诊断中的应用EI北大核心CSCD

滚动轴承发生故障时,其振动信号往往表现出非线性和非平稳特征。反向散布熵(reverse dispersion entropy,RDE)能够有效衡量振动信号的复杂性变化和非线性动力学突变行为,但是单一尺度的RDE值并不能完全反映振动信号的复杂性和非线性特征。对此,受多尺度熵启发,同时针对传统多尺度粗粒化方式的不足,提出了复合多尺度反向散布熵(composite multi-scale reverse dispersion entropy,CMRDE)。通过仿真信号分析,将CMRDE与多尺度反向散布熵(multi-scale reverse dispersion entropy,MRDE)和RDE进行对比,结果表明:CMRDE不仅能反映不同尺度下信号复杂度的差异,且变化更平缓、波动更小。在此基础上,将CMRDE应用于滚动轴承故障特征提取,提出了一种基于CMRDE、集合经验模态分解和布谷鸟搜索算法优化支持向量机的滚动轴承故障诊断方法。将所提方法应用于滚动轴承试验数据分析,并通过与现有方法进行对比,结果表明:相较所对比的方法,所提方法能有效识别轴承故障类型,提取的故障特征误差更小、故障识别率更高。     

基于自适应多尺度形态梯度与非负矩阵分解的轴承故障诊断

轴承故障诊断的关键步骤是信号处理与特征参数提取。提出采用自适应多尺度形态梯度算法对轴承振动信号进行处理,综合利用小尺度下能保留信号细节和大尺度下抑制噪声的优点,可有效地提取振动信号中反映轴承状态的冲击分量;在此基础上提出采用非负矩阵分解技术对信号进行压缩,计算用于轴承故障诊断的特征参量。采用轴承在七种状态下的振动信号对所提出的信号处理和特征参数提取方法进行验证,结果表明：与传统的信号处理与特征参量提取方法相比,本文提出的方法具有更高的轴承故障分类精度,为准确判断轴承工作状态提供了一种行之有效的新方法。     

基于自适应加权多尺度组合形态滤波的轴承故障特征提取研究

针对滚动轴承振动信号在进行早期故障诊断时往往会伴随着噪声干扰的问题,提出了一种选择性自适应加权多尺度组合形态滤波(Adaptive Weighted Multi-scale Combination Morphological Filtering,AWMCMF)方法,从振动信号中提取故障特征。首先,采用三种组合算子构成一组新的形态算子,可有效地提取出信号中的正负冲击特征;其次,基于新算子提出了加权多尺度形态滤波方法,并将Teager能量峭度作为评判指标为各尺度提供优化的权值;最后,将选择性自适应权值与多尺度算子进行加权绑定得到优化的故障特征提取结果。通过仿真信号和轴承故障振动信号的结果表明,该方法能有效地滤除噪声并提取故障特征。     

利用参数自适应多点最优最小熵反褶积的行星轮轴承微弱故障特征提取

针对行星轮轴承故障振动信号受复杂传递路径、强背景噪声和齿轮振动干扰的影响,导致故障特征微弱难以提取的问题,提出一种参数自适应的多点最优最小熵反褶积(parameter adaptive multipoint optimal minimum entro-py deconvolution adjusted,PA-MOMED...     

基于双路并行多尺度ResNet的滚动轴承故障诊断方法EI北大核心CSCD

针对传统方法在滚动轴承故障诊断中无法自适应提取有效特征信息,且滚动轴承在强环境噪声干扰、复杂变工况等因素影响下诊断效果不佳,有抗噪性和泛化性下降的问题,提出了一种双路并行多尺度的改进残差神经网络(residual neural network, ResNet)的方法。该方法设计了多尺度的残差Inception模块,可以有效提取特征信息,同时加入注意力机制解决了数据的突变性和差异性,此外还使用多个空洞卷积的残差块扩大感受野,有助于提取更多特征信息,实现准确故障诊断。利用凯斯西储大学轴承数据集和东南大学变速箱数据集分别训练并测试了诊断效果,将该方法与其他卷积神经网络的方法在变噪声、变工况情况下作了对比,诊断准确率最高达到99.73%,平均准确率也在95%以上,均高于其他比较方法。结果表明,该方法在复杂多变的工况下具有较好的故障识别能力和泛化能力。     

局部均值分解和排列熵在行星齿轮箱故障诊断中的应用EI北大核心CSCD

目前行星齿轮箱已经在军用和民用装备中广泛应用,研究行星齿轮箱的故障诊断方法意义重大。针对行星齿轮箱在运行时产生的非线性非平稳振动,且故障特征信号微弱等问题,提出一种结合局部均值分解和排列熵的行星齿轮箱故障诊断方法。利用局部均值分解方法将不同状态下的振动信号分解为多个乘积函数分量,针对包含有故障信息的分量进行排列熵计算,以此判断故障类型。最后通过采集行星齿轮箱故障模拟试验台三种状态(齿轮正常、太阳轮裂纹故障及行星轮裂纹故障)的振动信号,对其进行局部均值分解和排列熵计算,验证了此方法的有效性。     

参数优化最大二阶循环平稳盲解卷积行星轮轴承故障提取EI北大核心CSCD

在行星齿轮箱振动中,齿轮相关振动分量通常具有较大的能量,同时轴承滑移会造成行星轮轴承故障对应振动分量的特征频率获取困难。为此,提出一种基于参数优化最大二阶循环平稳盲解卷积(cyclostationary blind deconvolution, CYCBD)的行星轮轴承故障提取方法。该方法针对CYCBD技术在轴承滑移条件下难以获取循环频率和滤波器长度的问题,以改进的包络谱故障特征比(improved envelope spectrum fault feature ratio, IFFR)指标作为粒子群算法的适应度函数,自动获取CYCBD算法中实际的循环频率和优化滤波器长度,利用参数自适应的CYCBD算法增强了轴承故障冲击。通过解卷积结果的平方包络谱反映轴承故障特征,达到准确提取故障特征的目的。故障仿真和试验研究结果表明,该方法可以有效提取行星轮轴承故障特征。     

行星齿轮箱太阳轮轴承外滚道故障特征增强研究EI北大核心CSCD

当行星齿轮箱存在太阳轮与太阳轮轴承复合故障时,太阳轮轴承故障信号微弱,容易被太阳轮故障信号淹没。为了在强大的太阳轮故障信号的背景下高效提取微弱的轴承故障信号,开展了行星齿轮箱太阳轮与太阳轮轴承复合故障动力学响应研究。以单级行星齿轮箱为研究对象,利用ADAMS动力学分析软件,构建包含太阳轮断齿以及太阳轮轴承外圈局部损伤的行星齿轮箱刚-柔耦合动力学模型,该模型保留了轴承滚动体与保持架的6个自由度,并且考虑了齿轮与轴承的耦合作用。基于所建立的刚-柔耦合动力学模型,提出了太阳轮轴承外滚道故障特征增强方法。该方法基于外滚道损伤-滚动体冲击力方向在轴承旋转过程中基本不变的原理,将垂直放置的两个加速度传感器采集的振动信号转换到极坐标系,通过分析坐标点在极坐标系中的分布情况来对复合故障下太阳轮轴承外滚道表面损伤进行诊断。结果表明,使用该方法能够对频谱分析不能诊断的太阳轮轴承外滚道故障进行特征增强。     

行星轮不均载的行星齿轮箱振动信号模型EI北大核心CSCD

行星齿轮箱有多个行星轮构成的平行传动路径可以分担输入的扭矩负载。行星轮之间的载荷分布不均会降低效率和加速疲劳。为了充分揭示行星轮载荷分布不均的故障特征,建立了行星轮不同载荷分布情况下的振动信号模型;推导出傅里叶频谱,说明行星轮载荷的不均匀分布会引起附加的信号频率成分,并可能导致系统固有频率的偏移;总结了输入扭矩和行星轮位置误差的严重程度对信号频谱结构的影响。仿真和实验结果与理论模型较好吻合。     

基于动态加权的多尺度残差网络旋转机械故障诊断算法EI北大核心CSCD

针对传统的机械故障诊断方法特征提取困难问题,提出一种新颖的基于特征通道重标定的动态加权多尺度残差网络旋转机械故障诊断方法。将原始数据作为网络的输入,设计宽卷积层进行信息初步融合扩大模型的感受野;再分别构建三个独立的以残差块为基础的并行分支网络,通过设计多尺度卷积核分别从并行分支网络提取深度特征;接着设计动态加权层建立全局信息建模特征通道之间的动态非线性关系,对每个尺度的特征通道进行重标定,提高网络对故障信息的敏感性;将三个尺度的特征进行特征融合,通过分类器实现故障诊断。在多个数据集上进行试验,验证了该算法的有效性。     

基于多尺度信号调节自编码器的永磁电机故障诊断研究EI北大核心CSCD

永磁电机在工业自动化及新能源汽车等领域具有重要的应用,电机故障诊断对于保障运动控制精度和避免停机损失具有十分重要的意义。现代信号处理方法和人工智能技术被广泛应用于电机故障诊断,然而在强噪声干扰情况下如何精确识别电机故障类型仍是一个挑战。该研究设计一种新的多尺度信号调节自编码器,首先采集电机的振动信号并通过小波变换分解得到信号的多尺度特征,研究各个尺度特征对自编码器分类精度的影响,随后根据多尺度特征对应的精度进行原信号的调节和重构,再将调节信号输入自编码器中,最终提升电机故障类型识别的精度。试验结果表明,该方法相比于传统方法,在强背景噪声干扰情况下能够有效识别电机的8种健康或故障状态,并且具有良好的抗噪性和稳定性。     

基于LSGAN-SqueezeNet的轴承故障诊断研究EI北大核心CSCD

在滚动轴承的故障诊断过程中,需要大量的故障样本对模型进行训练,但由于工程实际环境较为复杂,难以采集到足量的轴承故障样本。提出基于最小二乘生成对抗网络(least squares generative adversarial networks,LSGAN)结合SqueezeNet在样本数据量不足条件下滚动轴承故障诊断的方法。该方法首先利用滚动轴承的原始样本训练LSGAN,生成不同状态下的轴承信号样本,采用SqueezeNet对真实样本与生成样本进行模型训练,实现样本数据量不足条件下的轴承故障诊断。通过凯斯西储大学及德国帕德博恩大学的滚动轴承试验数据对所提轴承故障诊断方法进行验证。试验结果表明,真实样本结合生成样本训练模型,对故障的诊断准确率均达到99.7%,该方法具有较高的诊断精度。实现了样本数据量不足条件下故障诊断的可行性及验证其泛化性,且有效提高了故障诊断的准确率、降低了训练成本。     

基于多尺度时不可逆与t-SNE流形学习的滚动轴承故障诊断EI北大核心CSCD

为了精确地提取机械振动信号的非线性故障特征,提出了一种新的振动信号复杂性测量方法——多尺度时不可逆。同时结合t-分布邻域嵌入(t-SNE)流形学习和粒子群优化-支持向量机(PSO-SVM),提出了一种新的滚动轴承故障诊断方法。采用多尺度时不可逆提取复杂振动信号的特征信息;利用t-SNE对高维特征空间进行降维;将低维特征向量输入到基于PSO-SVM多故障模式分类器中进行识别与诊断。将提出的方法应用于试验数据分析,并与现有方法进行了对比,分析结果表明,该方法不仅能够有效地诊断滚动轴承的工作状态和故障类型,而且优于现有方法。     

多头注意力驱动的航空高速轴承故障诊断方法EI北大核心CSCD

航空发动机运行速度高、工况变化大、结构复杂且干扰噪声大,导致微弱故障特征往往存在于多子空间中,目前基于数据驱动的诊断模型尚不足以可靠捕捉不同子空间中丰富的特征信息。针对上述问题,提出一种基于信号特征的多头注意力诊断方法(multi-head attention diagnosis method,MADM),可实现高速非平稳工况下航空轴承故障状态的识别和诊断。该方法首先通过卷积模块和双向GRU模块对原始振动信号进行特征提取;然后引入多头注意力模块,使网络同时注意并融合不同表示子空间的信息以提高故障特征的显著性水平;最后利用全连接模块和Softmax分类器对提取的特征进行高速轴承故障诊断。试验结果表明,提出的MADM该诊断方法可实现转速为12000 r/min以上、剥落面积最小为0.5 mm^(2)的航空轴承高精度可靠诊断,且优于目前主流的深度诊断方法。     

时变工况下行星轮轴承特征分布拟合与智能故障诊断

行星齿轮箱中行星轮轴承运动复杂,振动信号成分多样且呈非线性,时变工况下特征频率随时间变化,人工识别故障特征更为困难.针对该问题,提出基于对抗变分自编码的智能故障诊断模型.获取样本时频图来揭示样本中包含的时变特征;利用模型中的变分自编码器自适应提取时频图特征,为赋予特征显式意义,引入多维独立高斯分布并进行采样,根据类别信...     

含行星轮局部故障的行星齿轮箱振动仿真及实验研究EI北大核心CSCD

针对现有行星齿轮箱局部故障振动仿真模型使用小波变换和加窗振动分离技术进行故障诊断时效果不明显的问题,提出了一种以齿轮啮合冲击响应和齿轮啮合顺序为基础的行星轮局部故障振动仿真模型。以齿轮啮合冲击响应为基础,仿真正常齿和故障齿的单次啮合冲击振动响应;计算每次齿轮啮合的时间点,按照轮齿啮合顺序使用单次啮合冲击振动响应进行拼接,综合考虑振动信号的时变传递路径和太阳轮、行星轮和行星架转频的调制影响;建立了满足加窗振动分离技术故障特征提取的行星轮局部故障振动仿真模型。通过与行星齿轮箱的试验平台实测振动信号和振动仿真信号的分析对比,验证了所建立模型的正确性。     

基于小波基稀疏信号特征提取的轴承故障诊断EI北大核心CSCD

轴承弱故障振动信号中的瞬态成分极易被强背景噪声湮没而无法及时检测,结合稀疏表示原理提出一种基于小波基的稀疏信号特征提取方法,从而实现信号中瞬态特征成分的提取。通过构建原始信号瞬态成分稀疏表示模型,对原始信号采用相关滤波法获取最优小波原子,并构建最优冗余小波基底,实现小波基与信号故障特征的最优匹配;设计二次严格凸函数并运用优化最小(Majorization Minimization,MM)算法求解模型中的目标函数,将信号中的瞬态冲击成分转化为稀疏表示系数,实现强背景噪声下弱特征的有效提取。仿真信号及轴承微弱故障试验验证了该方法能有效地检测和提取强背景噪声下的微弱瞬态成分。     

基于一维深度残差收缩网络的汇流行星排齿轮裂纹故障诊断EI北大核心CSCD

装甲车辆汇流行星排出现裂纹时,箱体表面振动信号干扰较多,常见的故障诊断方法存在偏差。为此,提出一种利用一维深度残差收缩网络的汇流行星排齿轮裂纹故障诊断模型;其特点是将注意力机制与软阈值化结合,增强有用信息,抑制冗余信息,并将其引入到残差神经网络中,显著提高模型特征提取的能力;为验证该模型的可行性,采集了行星轮四种不同程度裂纹的振动信号作为样本用于故障诊断。结果表明,针对汇流行星排齿轮箱振动信号该方法可以在更短的时间取得更高的准确率,相较其他方法,可以取得更好的分类结果。     

改进MBCV法在滚动轴承故障诊断中的应用EI北大核心CSCD

针对传统最大类间方差法(Maximum Between‑Class Variance,MBCV)在分离轴承故障信号过程中存在的分割阈值适应性差、分离效果不佳的问题,提出一种基于MBCV动态阈值曲线的滚动轴承故障诊断方法。该方法通过MBCV法获得频谱均分子区间的各分割阈值,然后高阶拟合各部分阈值进而获得动态阈值曲线,再通过调整优化频谱分段数量并以分离信号与原信号之间的均方根误差最小化为目标确定最优阈值曲线;依据最优动态阈值曲线将信号频谱分割为高、低两部分,对低幅值部分进行傅里叶逆变换及平方包络谱分析进而诊断故障。此方法能有效消除强干扰成分,最大化提取轴承故障特征。实验分析结果表明,相比于传统MBCV法,该方法提取的故障特征更加明显。     

基于二维多尺度时频散布熵的滚动轴承故障诊断方法EI北大核心CSCD

多尺度散布熵(multi-scale dispersion entropy,MDE 1D)是一种有效衡量一维振动信号复杂性特征的非线性动力学分析法,但其仅能反映振动信号时域中的复杂性特征,无法完整反映振动信号频域的非线性动力学信息。为此,在二维散布熵(two-dimensional dispersion entropy,DE_(2D))的基础上,提出二维时频散布熵(two-dimensional time-frequency dispersion entropy,TFDE_(2D))用于衡量时间序列的时频复杂性特征。同时,为更完整地反映时频分布在不同尺度下的复杂信息,受多尺度粗粒化启发,将传统粗粒化方法拓展到二维多尺度粗粒化,提出了二维多尺度时频散布熵(two-dimensional multi-scale time-frequency dispersion entropy,MTFDE_(2D)),用来量度振动信号时频分布的多尺度复杂性特征。在此基础上,将其应用于滚动轴承故障诊断中的非线性特征提取,提出一种基于MTFDE_(2D)和萤火虫优化支持向量机的滚动轴承智能诊断方法。最后,将所提方法应用于滚动轴承试验数据分析,并与现有方法进行对比。结果表明,所提方法不仅能有效地提取故障特征,实现不同轴承故障类型和故障程度的有效诊断,且诊断效果优于对比法。