关联维数快速算法及其在机械故障诊断中的应用

基于GP算法的关联维数计算方法简单,但计算量大,无标度区间识别困难,难以实现自动化。分析关联积分计算量基础上,运用组合参数法减小关联维数计算量,并由关联积分曲线的二阶局部斜率实现无标度区间的自动识别,进而实现关联维数的自动计算,Lorenz系统实例证明了该方法的有效性。运用该方法计算不同汽车主减速器振动信号的关联维数,结果显示不同状态主减速器振动信号的关联维数具有明显的可分性,关联维数可作为判别机械产品故障特性的有效量化指标。     

关联维数在大型旋转机械故障诊断中的应用

将描述混沌运动搓联维数用于大机组振动信号的分析,并针对故障诊断的实际情况,从点间距的计算、动态关联和标度区的判断等方面对关联维数的Ｇ－Ｐ算法作了一定的改进。分析结果表明：由于不同故障的动力学产生机制不同,通常也具有不同的关联维数。因此,关联维数可用于非线性故障的特征提取。     

关联维数在设备状态监测中的应用研究

提出用关联维数来定量描述机械设备的工作状态，进而对设备进行故障。同时研究了噪声对关联维数计算结果的影响，并提出用采样迭代奇异值降噪算法对原始数据进行降噪处理。文中以ZYB80A型复合气泵为例，计算了气泵在不同工作状态下降噪处理后振动信号的关联维数，分析结果表明，气泵不同运行情况所对应的关联维数有明显不同，因此可以用关联维数区分气的运行状态。以关联维数作为故障诊断的依据，将对提高设备状态监测和故障诊断的准确率有重要意义。     

基于多重分形理论与神经网络的齿轮故障诊断

针对齿轮故障振动信号具有多重分形特征,提出多重分形与神经网络相结合的机械故障诊断方法。采用多重分形理论计算出振动时间序列的多分形谱f(α)和广义分形维数D(q),并将多分形谱能和广义分形维数谱能作为特征量,构成二维特征向量。将该特征向量作为概率神经网络的输入参量,对采自齿轮故障台的振动信号进行故障分类。作为对比,将关联维数作为特征量输入同样参数的概率神经网络并进行故障识别,结果表明,所提出的方法具有更高的识别率。     

基于ITD改进算法和关联维数的转子故障诊断方法

提出了基于ITD（Intrinsic scale-time decomposition,简称ITD）改进算法和关联维数的转子故障诊断方法。首先用ITD改进算法对转子在不同状态下的振动信号进行分解,根据分量特征,把包含转子主要故障信息的前若干分量进行组合,并以此作为转子原始振动信号降噪后的信号;然后计算降噪后信号的关联维数。对转子系统故障振动信号的分析结果表明,相对于直接采用原始信号计算得到的关联维数,采用ITD改进算法降噪后得到的关联维数更具有区分性,可以用来有效地识别转子的工作状态和故障类型。     

EMD降噪的关联维数在齿轮故障诊断中的应用研究

本文运用分形理论中的关联维数计算方法,对齿轮正常、齿根裂纹和断齿三种不同工况的振动信号进行识别。为了降低噪声对关联维数计算结果的影响,提出EMD滤波方法对采集的信号进行预处理。通过对仿真信号和齿轮箱实测信号的诊断,证明了该方法的可行性和有效性。     

表面波纹度对滚动轴承-转子系统非线性振动的影响

分析了考虑滚动轴承内外圈波纹度、径向间隙和非线性赫兹力作用下的滚动轴承-转子系统非线性动力学响应。根据不同参数下的分岔图、功率谱图和庞加莱截面图,研究了轴承表面波纹度最大幅值和转速对系统的非线性振动的影响,找到了不同故障类型的特征频率。根据分形理论应用G-P算法计算了相同转速下不同最大幅值时的关联维数。分析结果表明,当系统处于混沌状态时随着波纹度最大幅值的增加,其关联维数也会相应增大。因此关联维数可以应用于轴承故障的特征提取与定量诊断中。     

柴油机振动信号的分形特征及故障诊断

把小波包降噪与关联维数相结合用在柴油机故障诊断中,讨论了关联维数计算中相关参数的选取。首先对柴油机缸盖振动信号进行小波包降噪处理,通过自相关函数法求延迟时间,用饱和关联维数法确定最小嵌入维数,并用改进的G-P算法求关联维数。分析发现,小波包可以有效降低噪声干扰,柴油机在不同工况下具有不同的关联维数,该方法可有效应用于柴油机的故障诊断中。     

应用S.L.Peng窄带分解与广义分形的自动机故障诊断

针对某型高射机枪自动机振动信号低信噪比、干扰多的特点,提出利用S.L.Peng的局部窄带分解理论对信号进行分解和重构,并用支持向量机对故障模式进行识别。通过对自动机故障机理分析,找到易发生故障的位置,并设置3种故障后进行振动信号采集。将信号通过基于局部窄带信号的分解和重构后通过广义维数计算获得各种工况的盒维数、信息维数、关联维数、广义分形维数谱均值,将其供给支持向量机进行故障分类。所得诊断结果准确率达93.75%,具有一定的参考及实用价值。     

基于EMD分形技术提取变速器轴承故障特征

故障轴承振动信号具有分形特征,可以利用分形维数有效识别变速器轴承的故障模式.噪声的存在对分形维数的计算结果影响较大,为此采用经验模态分解（EMD）方法,对变速器轴承振动信号进行EMD分解,计算分解后的IMF分量的分形维数,提取出变速器轴承不同技术状态下的故障特征。对实测变速器轴承振动信号分析,结果表明：EMD能对不同频带信号进行有效分离;特定IMF分量的分形维数能敏感反应变速器轴承技术状态,可以作为变速器轴承故障诊断的特征参数;EMD与分形维数相结合是提取变速器轴承故障特征的一种有效方法。     

基于分形理论的自动舵液压阀故障诊断方法研究

针对自动舵液压阀工作过程中存在的非线性问题,提出一种以阀芯位移信号分形特征为判据的故障诊断方法,并研究了分形特征参数——关联维数的计算方法和参数的选择。在建立液压阀数学模型的基础上,对液压阀正常和故障进行仿真,通过确定时间延迟、嵌入维数和无标度区,计算阀芯位移数据的关联维数。结果表明:不同状态的关联维数值具有明显的可分性,可以定量表征液压阀的工作状态,进而达到装备故障诊断的目的。     

基于DSmT与小波网络的齿轮箱早期故障融合诊断

针对齿轮箱早期故障特征十分微弱难以有效辨识问题,提出基于DSmT理论与小波神经网络的齿轮箱早期故障融合诊断模型。利用多个振动传感器合理布置在齿轮箱的多个关键部位采集多源振动信息并进行特征提取;利用多个并联小波神经网络实现齿轮箱早期故障的初级诊断获得彼此独立的多个证据;利用DSmT理论对多个独立证据进行融合决策得出齿轮箱的最终诊断结论。DSmT理论克服了传统DST证据理论的局限性,小波神经网络实现多源证据信度分配的客观化。诊断实验结果表明,该方法能有效提高齿轮箱早期故障特征的辨识精度、降低诊断的不确定性。     

基于阶次分析技术的行星齿轮箱非平稳振动信号分析

行星齿轮箱启动、停止和负载发生变化时,转速会发生变化并使得行星齿轮箱的振动信号具有明显的非平稳特性。行星齿轮箱复杂的结构特征导致了振动信号的复杂性,使得常规的频谱和解调分析方法难以识别时变工况下的行星齿轮箱故障特征频率。本文在行星齿轮箱故障特征频率的基础上,考虑转速变化特征,总结了行星齿轮箱太阳轮、行星轮及齿圈的故障阶次特征表。通过对行星齿轮箱变转速工况下太阳轮故障实验信号的阶次分析,实现了变转速情况下行星齿轮箱太阳轮故障诊断,并与传统的频域信号分析方法比较,体现了阶次分析技术在行星齿轮箱变工况故障诊断过程中的优势。     

基于MOMEDA和增强倒频谱的风电机组齿轮箱多故障诊断方法

风电机组齿轮箱结构复杂,当齿轮、轴承存在多故障时,由于各故障强弱不同、故障间相互耦合及噪声干扰,造成故障诊断准确率低及漏诊问题。提出了一种基于多点最优最小熵解卷积(multipoint optimal minimum entropy deconvolution adjusted,MOMEDA)和增强倒频谱的风电机组齿轮箱多故障诊断方法。依据齿轮和轴承不同部位的故障特征频率设置合理的解卷积周期,利用MOMEDA对原始信号进行预处理;再通过增强倒频谱进一步抑制噪声干扰和增强故障特征;将增强倒频谱中的突出成分与齿轮箱故障特征频率对比,判断故障类型。实际风电机组齿轮箱多故障振动试验数据分析结果表明,该方法可以有效地提取出齿轮箱多故障特征信息。     

基于局部切空间排列与MSVM的齿轮箱故障诊断

针对齿轮箱故障特征重叠难以有效分离问题,提出基于局部切空间排列与多核支持向量机的齿轮箱故障诊断模型。在由振动信号时域统计指标及内禀模态分量能量构造的多元特征空间中,据局部切空间排列算法对多元特征进行非线性降维处理,得到初始低维流形结构,获取最优敏感特征向量;将该特征向量输入至多核支持向量机进行学习训练与故障辨识。局部切空间排列能克服传统降维方法的不足,多核支持向量机可实现复杂故障高精度、自动化智能诊断。通过齿轮箱故障模拟实验验证该方法的有效性。     

时变工况行星齿轮箱对数时频脊阶次谱故障特征提取

风电机组齿轮箱工作于强噪声且变转速变载荷的工况下,其振动信号非常复杂。建立了一个时变转速变载荷的行星齿轮箱振动信号模型。提出了时频脊阶次谱故障特征提取方法。对振动信号进行Wigner-Ville时频变换,取对数后进行重排;采用Crazy climber方法提取对数重排时频谱图中的峰值脊线;将脊线转换为时频脊阶次谱。通过仿真信号与转速、载荷连续波动实验数据表明,对数时频脊阶次谱故障特征能够为时变复杂工况行星齿轮箱故障预警提供有效的依据。     

A Comparative Study of Various Methods of Gear Faults Diagnosis

Investigating gear damages using vibration signal is a subject of a high interest, because gears vibration signals are complex and difficult to understand. A failure diagnosis of gearbox based on Fourier analysis of the vibration produced by speed reducers has shown its limits in terms of spectral resolution. In the present paper, a comparative study of the performances of various different methods of fault diagnosis of helicopter gearbox gear is carried out. The results are highlighted on the basis of real data recorded during a helicopter flight and have showed that cepstral analysis is most effective technique in detecting gearbox gear faults.     

行星齿轮箱振动信号特征提取新方法

与轴承、定轴齿轮箱相比,提取行星齿轮箱的故障特征更加困难,且传统方法对行星齿轮箱的诊断效果不好。针对行星齿轮箱故障振动信号的非线性、复杂性等特性,提出一种基于小波包样本熵和均方根值的故障特征提取新方法。该方法首先对原始信号进行连续等长度截取,获得样本信号,再利用小波包变换分解样本信号,计算分解后各频段的样本熵和均方根值,并进行归一化处理。将归一化参数作为加权平均的权重,计算加权平均的样本熵和均方根值。最后将两参数做商得到新参数。故障诊断及抗噪试验结果表明,新特征提取方法能增大行星齿轮箱不同故障特征的区分度且有较好的稳定性,同时新参数具有一定的抗噪性。     

基于局部均值分解与形态学分形维数的滚动轴承故障诊断方法

针对滚动轴承振动信号通常具有非线性与低信噪比特点,提出基于局部均值分解（Local Mean Decomposition,LMD）与形态学分形维数的滚动轴承故障诊断方法。采用LMD将滚动轴承振动信号分解为若干个乘积函数（Product Function,PF）分量,计算包含有滚动轴承故障特征的PF分量形态学分形维数,并将其用作特征量判断滚动轴承工作状态及故障类型。实验分析结果表明,该方法能有效用于滚动轴承的故障诊断。