基于LCD-RQA的滚动轴承故障诊断与健康评估

针对滚动轴承振动信号具有非线性和非稳态的特点,故障特征精确提取困难的问题,提出了一种基于局部特征尺度分解(LCD)和递归定量分析(RQA)的滚动轴承故障诊断与健康评估方法.首先,利用LCD将滚动轴承振动信号分解为若干个内禀尺度分量(ISC);然后,对各ISC分量进行相空间重构并构建递归图;最后,通过提取递归图的定量特征...     

LTSA和KECA相结合的轴承故障诊断

针对轴承的工况复杂,其振动信号呈现非线性、非平稳特性。传统算法不能充分挖掘出非线性、非平稳信号内部本质信息,提出了基于局部切空间排列算法(LTSA)与核熵成份分析(KECA)相结合的故障诊断方法。该方法首先将滚动轴承振动信号一维时间序列重构到高维相空间,并估计数据的本征维数;然后利用局部切空间排列算法对数据集进行维数约简,得到初始的低维流形结构特征向量空间的第一行特征,对其进行快速傅里叶变换(FFT),从其频谱中分别提取滚动轴承内环、外环的故障特征频率及它们分别对应的倍频和频谱能量等7个变量作为故障特征向量;最后采用KECA对滚动轴承的故障特征向量进行模式识别,KECA可实现根据熵值大小进行特征分类,具有较强的非线性处理能力,从而实现故障的识别与诊断。采用Case Western Reserve大学提供的轴承实验数据对算法进行了验证,结果表明该方法可有效提取滚动轴承的故障特征,可以对滚动轴承的故障类型精确分类,实现对滚动轴承准确的故障诊断。     

基于ARMA模型的滚动轴承故障诊断研究

针对滚动轴承故障振动信号具有高噪声、非线性、非平稳的特性,提出基于ARMA模型的滚动轴承故障程度的诊断方法。首先,给出故障预测模型参数的标定和调整方法;最后,对基于ARMA模型的滚动轴承偏载条件下保持架断裂故障诊断进行了效果验证。滚动轴承实例诊断结果表明,该方法能准确地判断轴承的实际状态,是一种有效的故障识别方法。     

集成经验模态分解与相关峭度在滚动轴承故障诊断中的应用

船舶设备中的滚动轴承其振动信号成分复杂,故障信号易被背景噪声湮没,常规诊断方法难以有效提取轴承故障信息。为了从复杂的轴承振动信号中提取弱故障信号,将集成经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)应用到滚动轴承故障诊断中,并引入了相关峭度的定义,提出了一种新的滚动轴承故障特征提取方法。该方法首先利用EEMD将轴承振动信号分解为若干个分量信号,然后根据相关峭度最大原则选取分量信号,提取出滚动轴承的弱故障信号。通过对轴承内圈故障的仿真和实验研究验证了该方法的有效性。     

改进小波包与RBF网络在轴承诊断中的应用

基于故障轴承的特征提取,提出一种基于小波包与径向基RBF神经网络相结合的故障诊断方法,克服了以往常用诊断方法中的小波BP神经网络网络收敛慢、训练时间长、而且常常陷入局部极小点的缺点。采用小波滤波技术对采集到的滚动轴承振动信号进行滤波处理,利用小波包分解获得滚动轴承振动信号的特征向量作为故障样本对RBF网络进行训练,进行了详细的故障诊断试验研究。实验结果表明训练好的RBF网络能够很好地诊断出轴承故障类型,故本方法在旋转机械故障诊断方面具有良好的应用价值。     

基于双谱估计的轴承非线性振动信号模式识别

当滚动轴承发生故障时,其产生的振动信号一般是包含较强噪声的非高斯和非线性耦合信号.本文对把高阶统计量用于滚动轴承非线性振动信号特征模式识别的方法进行了研究,提出了基于双谱估计的滚动轴承故障诊断方法.利用这种方法可以同时获得包含滚动轴承故障信号幅值和相位耦合信息的双谱特征图谱.实验研究表明,利用双谱图谱中不同的非线性耦合其故障特征模式不同的特点,可以快速地识别轴承的工作状态.     

基于形态分量分析和包络谱的轴承故障诊断

滚动轴承出现局部损伤时,其振动信号往往由包含轴承自身振动的谐振分量、包含轴承故障信息的冲击分量及随机噪声分量构成。提出了基于形态分量分析和包络谱的滚动轴承故障诊断方法。该方法根据轴承振动信号中各组成成分的形态差异,利用改进的形态分量分析对滚动轴承故障振动信号中的谐振分量、冲击分量和噪声分量进行分离,然后对冲击分量进行Hilbert包络解调分析,根据包络谱诊断滚动轴承故障。算法仿真和应用实例表明,该方法能有效提取滚动轴承故障特征。     

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。     

基于EMD与功率谱分析的滚动轴承故障诊断方法研究

针对西部油田大型设备故障信号的非线性、非平稳特征,提出一种基于经验模态分解方法EMD（empirical mode decomposition）和功率谱的分析方法。首先对滚动轴承振动信号进行经验模态分解,然后对分解后包含轴承故障特征信息的固有模态函数分量作功率谱分析,得到各分量的功率谱图,清晰直观显示出故障特征信号的功率谱,从混有背景信号和噪声的振动信号中提取轴承故障信息。由于EMD方法具有自适应特性,适宜于非线性、非平稳信号的分解,该方法应用于滚动轴承的故障振动信号分析中,结果表明,该方法能够突出滚动轴承振动信号的故障特征,从而提高滚动轴承故障诊断的准确性。     

基于ITD分形模糊熵的轴承早期故障诊断

针对滚动轴承早期故障振动信号信噪比低、单一故障特征难以实现在整个复杂非线性状态空间上准确分类的局限,提出了基于本征时间尺度分解(intrinsic time-scale decomposition,简称ITD)和分形模糊熵的轴承早期故障智能诊断方法.首先,利用改进的ITD方法将包含大量背景噪声的非线性非平稳振动信号自适应地分解为不同频段的合理旋转(proper rotation,简称PR)分量;然后,提取蕴含故障信息的PR分量的分形维数和模糊熵,组成联合特征向量;最后,采用适合小样本模式识别的最小二乘支持矢量机(least squares support vectors machine,简称LSSVM)方法对故障类型进行分类.通过4种运行状态的滚动轴承实验表明,该方法能有效性地应用于滚动轴承早期故障智能诊断.     

基于EMD-AR谱和GA-BP的滚动轴承故障诊断研究

为了提高滚动轴承振动信号的故障特征提取能力,快速有效地诊断出轴承的故障类型,提出了一种基于EMD-AR谱和GA-BP神经网络的滚动轴承故障诊断模型,以美国凯斯西储大学轴承数据中心的轴承振动加速度数据为例,对滚动轴承各种状态进行了理论分析和实验测试研究.首先,通过经验模态分解,将采集到的轴承振动信号进行了分解,获得了不同...     

基于S-CBiGRU的风电机组滚动轴承故障诊断方法

风电机组滚动轴承的振动信号存在非线性、非平稳的特性,且其特征不易被提取,针对这一问题,提出了一种基于S变换、卷积神经网络、双向门控循环单元的滚动轴承故障诊断方法(即基于S-CBiGRU的诊断方法)。首先,利用S变换对风场采集的振动信号进行了多分辨率时频分析,将一维振动信号转化为包含时间与空间特征信息的二维时频图像;然后,将经S变化所得到的时频图输入到CBiGRU网络模型中,采用CNN卷积池化层提取了振动信号的空间特征;其次,采用BiGRU结构提取了振动信号中的时间序列特征;最后,为了对上述诊断方法的有效性进行验证,采集了风电机组轴承实验数据,并将其输入到该模型中进行诊断实验。实验结果表明：在风电机组轴承故障诊断中,采用S-CBiGRU方法准确率达到93.17%,分类效果优于其他深度学习算法。研究结果表明：S-CBiGRU故障诊断方法具有可行性,可以为风电机组滚动轴承的故障诊断提供一种新途径。     

基于EMD和峭度的Hilbert包络解调在滚动轴承故障诊断中的应用分析

针对直接运用快速傅里叶变换（FFT）无法有效提取具有非线性非平稳特性的滚动轴承振动信号故障特征频率的问题,提出了一种基于经验模式分解和峭度指标的Hilbert包络解调方法.首先对滚动轴承的振动信号进行了经验模式分解（EMD）,得到了包含轴承故障特征信息的各阶本征模态函数（IMF）,再计算各阶IMF的峭度值,选取了峭度值较大的几阶IMF分量重构信号,并对重构信号进行了Hilbert包络解调分析,从而获得了滚动轴承的准确故障特征信息.分别对仿真模拟信号和实际滚动轴承发生内圈故障的振动信号进行了分析,清晰地得到了故障特征频率.研究结果表明,利用融合EMD、峭度系数和Hilbert包络解调的诊断方法能够快速、准确地提取滚动轴承的故障特征频率,从而可以对滚动轴承进行有效地故障诊断.     

滚动轴承振动的非线性超混沌特性研究

为研究滚动轴承不同振动状态的非线性混沌特性,采用不同方法从多角度进行探讨和判定。使用递归图分析振动的周期性,然后采用CLY方法对信号的混沌特性进行判定,再结合功率谱探讨振动的频率分布特征,最后采用最小二乘支持向量机(LS-SVM)方法,通过对各状态振动的Lyapunov指数谱进行计算,研究轴承振动的超混沌特性。研究结果表明:滚动轴承不同状态振动信号的非线性混沌特征存在明显的差异,但均表现为混沌特征并且都是超混沌的,且故障状态越大,振动的超混沌性越强。     

基于Hilbert变换的轴承故障诊断研究

滚动轴承外环故障、内环故障和滚动体故障的振动信号具有调制的特点.采用Hilbert变换对轴承的故障信号进行了包络解调仿真分析,并对滚动轴承的外环故障进行了故障诊断试验研究,诊断结果与实际故障吻合.研究结果表明,基于Hilbert变换的包络解调技术不仅能有效提取故障信号的特征频率,而且还可以有效地实现滚动轴承故障的诊断.     

基于小波分析的滚动轴承摩擦副表面损伤故障诊断系统

针对滚动轴承故障振动(非平稳信号)之特征,提出了基于小波分析的滚动轴承故障诊断方法.该方法应用Matlab软件对包含滚动轴承故障信息的信号进行小波分解和重构,通过细化频谱分析,可有效地把轴承中的故障信息成分检测出来,从而快速地判断轴承的故障类型.基于上述研究,研发出一套适用的滚动轴承摩擦副表面损伤故障诊断系统.经实践检验,诊断方法正确,检测结果稳定、可靠.该系统经改进和功能扩展,可应用于其他振动信号的采集和分析.     

加窗插值快速傅里叶变换在滚动轴承故障诊断中的应用

针对滚动轴承故障信号强噪声背景和非线性等特点,为精确识别滚动轴承的故障特征频率,在最小熵解卷积和Teager能量算子解调基础上,提出了一种基于Hanning窗插值快速傅里叶变换的滚动轴承故障诊断新方法。该方法首先利用最小熵解卷积对轴承故障信号进行降噪,再结合Teager 能量算子对降噪后的故障振动信号进行解调,经傅里叶变换后得到信号的Teager解调谱;然后采用Hanning窗对解调谱进行加权处理;最后利用信号频点附近三根离散频谱的幅值做插值处理,从而得到精确的故障特征频率。轴承实测振动信号的分析结果表明：与传统的Teager 能量算子解调方法相比,在选取较少分析点的基础上,大多数情况下所提方法仍能精确识别轴承故障特征频率。     

一种ELMD模糊熵和GK聚类的轴承故障诊断方法

针对滚动轴承故障振动信号的非平稳、非线性特性,采用一种基于总体局部均值分解(Ensemble Local Mean Decomposition,ELMD)模糊熵和GK(Gustafson-Kessell)聚类的滚动轴承故障诊断方法。首先通过对滚动轴承故障振动信号进行ELMD分解,得到若干的乘积函数(Product Function,PF)分量和一个残差。然后,通过PF分量和原始轴承故障信号的相关性分析,选取与原始信号相关性最大的PF分量,并求取PF分量的模糊熵值作为特征向量。最终,通过GK聚类对所得的特征向量进行识别分类。通过对滚动轴承正常状态、内圈故障、滚动体故障和外圈故障的轴承四种状态分析表明,基于ELMD模糊熵和GK聚类的方法能够准确有效的对轴承故障状态进行分类识别。     

基于MWT和CNN的滚动轴承智能复合故障诊断方法

提出一种基于多小波变换(MWT)和卷积神经网络(CNN)的滚动轴承智能复合故障诊断方法。对滚动轴承的振动信号进行去除后处理的MWT,得到相应的多小波系数分支;用所得多小波系数分支构造特征图,建立CNN分类器组模型,以实现滚动轴承复合故障的智能诊断。基于人工轴承故障数据集进行了实验研究,同时对诊断方法作了优化改进,即对振动信号进行MWT,用所得多小波系数矩阵构造特征图,建立CNN分类器模型,并进行了对比实验研究。结果表明,该方法能有效识别滚动轴承的复合故障,改进的方法能有效提高故障识别率,降低训练成本。     

残差网络和注意力机制相结合的滚动轴承故障诊断模型

针对轴承故障诊断过程中存在的特征提取复杂、分类器训练困难等问题,提出了一种基于残差网络和注意力机制相结合的滚动轴承故障诊断模型。该模型以滚动轴承的一维振动时序信号作为输入,通过残差网络完成特征提取,然后经带有注意力机制的双向长短记忆神经网络单元,实现特征在时序上的表达并赋予不同的权重,输出到分类器完成端到端的振动信号分类,完成滚动轴承故障的诊断。实验表明,该模型的诊断准确率可达99.86%以上,对各故障类别的诊断率均在99%以上,提取的特征信息区分度高;模型诊断准确率优于基于特征工程的诊断模型,稳定性优于其他基于深度学习的诊断模型。