基于流形学习与学习矢量量化神经网络的齿轮故障诊断模型

为了提高对齿轮非平稳、非线性故障振动信号的可分性及其故障诊断的准确性,并针对其高维数据样本的特点提出一种基于流形学习与LVQ的齿轮故障诊断模型。该模型首先利用集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)方法进行齿轮故障振动信号的分解,得到一系列固有模式函数(Intrinsic Model Function,IMF)分量。接下来对含有主要故障信息的IMF分量进行特征提取和选择并构造高维观测样本,再用流形学习等距特征映射(ISOMAP)算法对初步的高维观测样本故障特征进行进一步的提取并对特征属性的数量进行压缩,在保留齿轮故障特征的整体几何结构信息的同时降低了特征数据的复杂度,增强了齿轮故障模式识别的分类性能。最后通过学习矢量量化神经网络(Learning Vector Quantization,LVQ)根据样本的特征将样本划分到一定的类别中去从而实现模式识别。通过比较实验结果来验证该模型的可行性。     

基于VMD和流形学习的滚动轴承故障诊断研究

针对轴承早期故障信号非线性、非平稳和故障特征难以提取的问题,提出一种变分模态分解(VMD)与流形学习相结合的特征提取方法。该方法应用VMD将信号分解成包含不同故障信息的固有模态分量,然后从中提取特征并构建高维的混合域特征集。最后,应用流形学习等度规映射算法将高维的特征集约简为故障区分度更好的低维混合域特征集,并利用支持向量机实现故障分类识别。滚动轴承实验结果表明该方法能准确清晰地提取故障特征信息,与传统方法相比诊断准确率更高。     

基于PSO优化SVM数控机床主轴系统故障诊断的研究

通过分析主轴系统的故障特征和产生机理,提出了一种基于变分模态分解(VMD)与多尺度加权排列熵(MWPE)的故障特征提取方法和粒子群(PSO)优化支持向量机(SVM)的数控机床主轴系统故障分析诊断模型。首先,利用变分模态分解方法对所采集的主轴系统振动信号进行分解,得到若干有效本征模态分量(IMFs);其次,通过多尺度加权排列熵提取故障特征信息,利用SVM模型对故障特征信息进行分类与识别;为了提高模型的识别准确率,将引入粒子群优化算法(PSO)对SVM模型参数进行优化。实验验证表明,所提出的信号特征提取方法和状态识别模型在数控机床主轴系统的故障诊断方面取得了很好的成效,其故障识别准确率最高达99.56%。     

基于WPD-CNN二维时频图像的滚动轴承故障诊断

滚动轴承故障诊断是现代工业发展中的重要技术。针对滚动轴承信号特征提取与智能诊断问题,提出了一种基于WPD-CNN二维时频图像的滚动轴承故障诊断方法。首先通过小波包分解(WPD)将信号转换为二维时频图像;其次将时频图像输入VGG19卷积神经网络(CNN)模型自动提取有效特征,并输入Softmax分类器进行训练;最后使用训练好的分类器完成滚动轴承故障诊断任务。实验结果表明,10类故障数据的识别准确率均在98.3%左右,高于其他深度学习和传统方法,因此所提出的故障诊断模型能有效地进行滚动轴承复杂信号的特征提取以及分类任务。     

基于优化VMD和MHA-DenseNet的滚动轴承故障诊断北大核心

针对传统特征提取的故障诊断技术不能充分表征振动信号故障特征导致故障识别精度不高的问题,提出一种优化VMD和MHA-DenseNet的滚动轴承故障诊断方法。首先,采用麻雀搜索算法(SSA)对变分模态分解算法(VMD)的相关参数组合进行寻优;其次,采用优化VMD分解滚动轴承故障信号,获得的本征模态函数分量(IMF)作为神经网络输入数据;最后,构建多头注意密集神经网络(MHA-DenseNet)故障诊断模型来有效学习故障数据中的特征信息并完成滚动轴承的准确诊断。实验结果表明,提出的故障诊断方法识别率高达99.03%,相较于对比实验该方法提高了故障诊断的准确率。     

基于经验小波变换和流形学习的滚动轴承故障诊断研究

针对振动信号的非线性、非平稳性和早期故障特征信号难以提取的特点,提出一种基于经验小波变换(EWT)和流形学习约简的故障特征提取方法。首先利用EWT将振动信号分解成不同特征时间尺度的单分量固有模态函数(IMF),然后从包含故障信息的IMFs中提取滚动轴承的时域统计特征、频域统计特征、AR模型自回归系数和功率谱熵,构造高维特征集;再利用线性局部切空间排列(LLTSA)流形学习算法将构造的高维特征集约简为故障区分度更好的低维特征集;最后利用支持向量机(SVM)对提取特征进行故障识别。实验结果表明该特征提取方法对滚动轴承故障诊断准确率更高。     

基于ALIF和ISOMAP的机械设备故障识别方法研究

滚动轴承作为机械设备的重要部件,对机械设备的稳定运行起着重要的作用。滚动轴承的故障信号往往是多种信号的叠加,有必要对采集到的振动信号进行模式分解,进而基于模式识别方法实现对滚动轴承不同故障模式的分类识别。提出一种基于自适应局部迭代滤波(ALIF)和等距特征映射(ISOMAP)的机械设备故障分类识别方法。利用ALIF对滚动轴承的故障信号进行模式分解;对选定的模式分量提取多个统计学特征;最后利用ISOMAP对高维特征信号进行降维处理,实现对滚动轴承不同故障模式的分类识别。研究结果表明：所提方法在滚动轴承故障识别上具有良好的效果。     

基于ECA-ResNet与CEEMDAN能量熵的轴承故障诊断

为解决轴承故障诊断中故障分类模型参数多且泛化性能弱、故障识别率低、识别速度慢的问题,设计一种基于深度学习模型ECA-ResNet、完全噪声辅助聚合经验模态分解与麻雀搜索算法优化的支持向量机(SSA-SVM)的故障诊断方法。通过ECA-ResNet对轴承信号进行建模以提取频域故障特征;将频域特征与CEEMDAN提取的能量熵以及传统信号的时域特征共同构成特征矩阵;通过SSA-SVM进行故障类型识别。结果表明：与传统故障特征提取方式相比,所提出的轴承故障诊断方法能得到良好的诊断效果,轴承故障识别率和分类速度较高。     

最小二乘支持向量机在电梯故障诊断中的应用(英文)

针对电梯故障诊断中特征提取困难和故障样本数量少问题,提出了应用小波包分解和最小支持向量机( LS-SVM) 相结合进行电梯急停智能故障诊断的方法。借助小波包分解,该方法首先提取电梯轿厢振动信号作为特征向量,然后利用 LS-SVM 分类模型对故障进行辨识。实验证明,小波包与 LS-SVM 相融合的故障诊断与识别技术可发挥两者的优势,该方法对电梯急停故障的诊断具有较好的诊断效果。     

基于Bi-GRU模型的航空发动机外部液压管路故障诊断研究

针对航空液压管路故障信号含有噪声干扰导致管路故障识别困难的问题，提出一种基于双向门控循环单元(Bi-GRU)的深度学习液压管路故障诊断方法。由Bi-GRU神经网络模型综合液压管路数据进行时序特征提取，基于同一含噪声的液压管路振动实测数据，输入到Bi-GRU、GRU、RNN、SVM、BPNN等5种故障诊断模型中进行训练。最后，为了进一步展示Bi-GRU模型对于航空液压管路不同故障类型特征的学习能力，利用t-SNE降维算法进行液压管路特征可视化。结果表明：基于Bi-GRU航空故障诊断方法能达到9960%的准确性，明显优于GRU等其他4种神经网络模型，Bi-GRU模型在含有噪声的液压管路数据上具备更出色的特征提取能力，可有效地提取出液压管路故障数据特征，从而实现了液压管路故障的智能化识别。     

基于VMD与发育网络的滚动轴承故障检测

针对传统的轴承故障诊断过于依赖专家经验和故障特征提取困难的现状,同时为了适应故障诊断的大数据处理及实时监测的需求,提出了一种基于变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)与发育神经网络(developmental neural network, DNN)相结合的故障诊断方法。先将原始信号分组处理,再对分组后的信号进行VMD分解,得到若干个模态分量(IMF),根据相关系数对信号进行重构,随后提取重构信号的各个模态分量(IMF)的能量占比组成特征向量组,输入发育神经网络中进行训练和测试,进而对故障类型进行识别与分类,并与支持向量机(SVM)进行了对比。实验表明该方法的识别准确率可高达98.3%。     

基于CNN-SVM和特征融合的齿轮箱故障诊断

针对以数据驱动的齿轮箱故障诊断过程中存在特征提取复杂、分类器对特征存在较强的依赖性等问题,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)和支持向量机(SVM)相结合的齿轮箱故障诊断模型。该诊断模型以多传感器采集的原始振动信号作为模型的输入,通过卷积神经网络完成特征的自适应提取,然后在特征级上将各传感器的特征进行融合,最后将融合特征输入到支持向量机进行故障的分类。经过实验证明,该模型直接以原始信号进行故障诊断的准确率能达到96.3%,且提取的特征在经过融合过后有很高的区分度;相比于基于特征工程的特征提取方法,基于特征学习的特征提取方法提取的特征对齿轮箱故障诊断更有效。     

基于改进聚类评价的特征选择和轴承故障诊断方法

针对滚动轴承故障特征提取过程中存在低相关特征和特征信息冗余的问题,提出一种基于调整互信息(Adjust Mutual Information,AMI)和标准差(Standard Deviation,SD)的特征选择方法,量化评价统计特征并选择和故障状态相关度较高的统计特征用来进行轴承状态的判识;对于高维故障特征集采用线性判别分析方法实现数据从高维到低维的映射,提升基于支持向量机和极限学习机构建的故障诊断模型的性能。采用变负载情况下的12种滚动轴承故障数据进行实验验证所提方法的有效性和适应性,实验表明,所提方法能够有效筛选出相关特征,实现滚动轴承故障状态的准确识别,并具有良好的适应性。     

数据缺失条件下基于ANFIS与k-means的轴承故障分析

针对轴承信号数据信息采集过程中轴承数据缺失导致轴承故障类型无法识别问题,提出了一种基于自适应神经模糊推理系统(ANFIS)和k-means聚类算法相结合的轴承故障分析模型和方法。首先,基于ANFIS算法建立数据预测模型,利用75%的轴承故障数据作为训练样本,对缺失信号数据进行预测,同时与采集到的信号数据整合形成完整的数据集,然后利用k-means算法进行轴承故障诊断,最后将ANFIS-k均值方法与传统k-means算法进行比较,实验结果表明本文提出的模型和方法分类效果更加准确。     

快速路径优化引导ACMD的变转速轴承故障诊断北大核心

针对变转速工况下滚动轴承故障特征识别困难的问题,提出了一种快速路径优化算法(FPO)引导自适应线性调频模态分解(ACMD)的变转速轴承故障诊断方法。首先,对轴承故障信号进行希尔伯特变换解调提取隐藏在高频信号中的故障信息;其次,采用FPO算法从信号的时频分布中对信号分量的瞬时频率进行初始估计;将预估的各分量初始频率作为ACMD的初始参数对原始包络信号进行分解;最后,根据分解得到各个信号分量的瞬时频率和瞬时幅值等信息构建出高分辨率的时频表示。通过分析实测信号表明,所述方法能够展示出各个信号分量的幅值和频率变化趋势,剔除了无关成分的干扰,清晰地演示变转速工况下轴承故障信号的时变特征。     

基于信息融合的稀疏自编码故障诊断

针对目前大多数机械故障诊断中单一振动加速度信号特征提取对先验知识要求高和对时域、频域信息利用不充分等问题，提出了一种基于信息融合的稀疏自编码故障诊断方法。首先，对振动加速度信号进行频域积分得到速度和位移信号，同时计算加速度信号的频谱；其次，将频谱、速度、位移三种信号融合成一个复合信号；最后，将复合信号作为稀疏自编码网络的输入进行深度特征提取，利用SoftMax分类器进行状态识别。通过调整不同比例的输入信息来调整模型，并与传统的稀疏自编码故障诊断模型相比，结果表明，所提方法能有效识别滚动轴承故障和RV行星轮故障，且在减少网络层数的同时能够提高识别准确率。     

基于HGWO-MSVM的齿轮箱故障诊断研究

针对齿轮箱多类故障信号非线性、不确定性难以进行有效识别的问题,提出了一种混合灰狼优化算法(Hybrid Grey Wolf Optimizer,HGWO)优化多分类支持向量机(Multi-class Support Vector Machine,MSVM)的齿轮箱故障诊断方法。首先利用小波包对齿轮箱故障信号进行降噪处理,并通过信号中各频带的能量,提取能量特征值,再将获取的特征值输入优化后的MSVM模型进行故障模式的识别。实验结果表明,相对于传统的诊断模型,基于HGWO-MSVM的齿轮箱故障诊断模型能够更有效地诊断齿轮箱的实际运行状态,提高识别效率和精度。     

基于优化VMD和BP神经网络液压管路故障诊断研究北大核心

针对航空发动机液压管路故障信号易受噪声干扰、管路故障诊断准确率不高等问题,提出基于优化变分模态分解和BP神经网络的故障诊断方法。利用遗传算法自适应确定变分模态分解K、α的最优参数,然后采用优化后的变分模态分解方法对航空液压管路的振动信号进行分解,最后将故障特征明显的故障分量输入BP神经网络模型中进行训练和分类。结果表明:提出的基于变分模态分解与BP神经网络的航空液压管路故障诊断方法能够精准识别出航空液压管路多种不同的故障状态。     

基于XGBoost和自回归模型的轴承故障诊断和预警方法研究

针对轴承在数控车间生产中易发生故障且对轴承故障预警困难的问题,提出了一种基于XGBoost算法和AR(I)MA自回归模型的数据驱动的故障诊断和预警方法。首先使用XGBoost算法将轴承的历史数据划分为正常、滚珠故障、外圈故障和内圈故障4种状态,然后使用AR(I)MA模型来预测轴承在未来一段时间内的振动信号变化,再将预测出的振动信号进行降噪和特征提取后输入到训练好的XGBoost中进行故障诊断。使用PRONOSTIA平台采集的轴承工作数据进行实验,结果表明,文章方法可以准确预测出轴承短期内的振动信号并诊断出可能发生的故障,证明了该方法在轴承的故障诊断和预警中的可行性与正确性。     

基于振动时域特征的船用滚动轴承故障诊断方法

基于机器学习故障诊断方法,针对船用滚动轴承复合故障特征提取多样化的特点,提出一种以振动信号时域指标为特征的随机森林故障诊断方法。将振动时域信号进行清洗转换,构造5个量纲一化指标的衍生特征,并选取以决策树为基本分类器的随机森林算法建立训练模型;通过特征筛选、评估测试和模型优化得到较为理想的故障诊断分类模型;采用滚动轴承竞赛数据集进行模型仿真,并结合实际模拟8种船用滚动轴承故障状态。通过三向振动实验和算法建模,证明特征提取的科学性和故障诊断模型的有效性。结果表明:采用该方法,数据仿真诊断准确率为98.61%,实验诊断准确率为98.85%,且该方法在振动采集方向为轴向时诊断效果最优。