基于LCD降噪和VPMCD的滚动轴承故障诊断方法

提出了一种基于局部特征尺度分解(LCD)降噪和多变量预测模型(VPMCD)的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先采用LCD对滚动轴承振动信号进行降噪;然后计算降噪后信号在不同维数下的模糊熵,并以模糊熵为特征值,采用VPMCD方法建立模糊熵的预测模型;最后用所建立的模型来预测待分类样本的特征值,把预测结果作为分类依据进行模式识别。实验分析结果表明,采用LCD方法降噪可以有效地提高VPMCD的分类性能,与神经网络、支持向量机等分类器相比,VPMCD方法可以更准确、更有效地识别滚动轴承的工作状态和故障类型。     

基于Kriging函数的KVPMCD在滚动轴承故障诊断中的应用

滚动轴承的故障诊断本质上是模式识别的问题,多变量预测模型(VPMCD)是一种新的模式识别方法,其实质就是通过特征值之间的相互内在关系建立数学模型,并根据数学模型对被诊断轴承的特征值进行预测从而达到模式识别的目的。但是VPMCD分类方法中单纯采用回归模型进行预测,因此当故障特征值之间关系较为复杂时将导致预测精度降低。针对这一缺陷,提出了基于Kriging函数的多变量预测模型(KVPMCD)模式识别方法。Kriging模型由回归模型和相关模型组合而成,其中,相关模型是在全局模型的基础上创建的局部偏差,它恰恰可以揭示特征值之间的空间相关性,从而弥补原VPMCD中单纯采用回归模型的缺点。对UCI标准数据以及滚动轴承实测数据的分析结果表明,KVPMCD模式识别方法比原VPMCD方法可以更加有效地识别滚动轴承的工作状态和故障类型。     

基于LCD和GMM-VPMCD混合模型的滚动轴承退化状态识别

滚动轴承退化状态识别的关键在于特征提取和模式识别,局部特征尺度分解(local characteristic-scale decomposition,LCD)方法是一种新的时频分析方法,非常适用于滚动轴承振动信号的特征提取。基于变量预测模型的模式识别(Variable predictive model based class discriminate,VPMCD)方法是一种利用特征值之间的相互关系进行分类的模式识别方法,可以用于滚动轴承的退化状态识别。将LCD、VPMCD和高斯混合模型(Gaussain mixture model,GMM)相结合,提出了基于LCD和GMM-VPMCD混合模型的滚动轴承退化状态识别方法,首先对滚动轴承全寿命数据进行LCD分解并提取分量的特征值,然后利用GMM对全寿命数据的特征值进行聚类,将全寿命数据在时域上分成若干个退化状态,最后建立VPMCD模型并对测试数据进行分类,从而实现滚动轴承的退化状态识别。实验数据的分析结果表明,基于LCD的GMM-VPMCD混合模型可以有效实现滚动轴承的退化状态识别。     

基于RQA和V-VPMCD的滚动轴承故障识别方法

多变量预测模型模式识别(variable predictive model based class discriminate,简称VPMCD)利用样本特征值内在的相关性来建立特征学习模型,但是当训练样本较少时会导致模型预测不准确,因此提出了基于递归定量分析(recurrence quantification analysis,简称RQA)和投票法多变量预测模型模式识别(voted variable predictive model based class discriminate,简称V-VPMCD)的故障识别方法。该方法利用了递归定量分析对非线性、非平稳信号分析的鲁棒性和样本质量不高时处理的优势,以VPMCD作为分类方法,并用投票法优化了VPMCD方法,提升了算法的稳定性和识别率。对滚动轴承不同程度、不同类型故障的模式识别实验表明,该优化算法具有较高的识别准确率和稳定性。     

改进VPMCD法及其在机械故障诊断中的应用

提出了一种基于时序AR模型的VPMCD(基于变量预测模型的模式识别)故障诊断方法:利用时序分析方法对故障信号建立AR模型,以蕴含故障特征的自回归参数作为故障特征量,采用VPMCD方法训练得到各故障特征量的预测模型,并利用预测模型对待诊断样本的故障类型和工作状态进行分类和识别。对滚动轴承和齿轮的振动信号的分析结果证明了该方法的有效性,与基于EMD的VPMCD法和基于AR的KNN法的对比结果证明了所提方法的优越性。     

基于ICA相关系数和VPMCD的滚动轴承故障诊断

将基于变量预测模型的模式识别(variable predictive model based class discriminate,简称VPMCD)、独立分量分析(independent component analysis,简称ICA)和相关系数分析方法相结合,提出了基于ICA相关系数和VPMCD的滚动轴承故障诊断方法。首先,对不同工况下的滚动轴承振动信号分别进行独立分量分析,获得各工况信号的独立分量;然后,提取样本与不同工况信号独立分量之间的相关系数,并以相关系数绝对值的和作为该样本的特征值;最后,采用VPMCD分类器进行故障识别和分类。实验数据的分析结果表明,该方法能够有效应用于滚动轴承故障诊断。     

基于OC-VPMCD和ITD的滚动轴承故障诊断方法

基于变量预测模型的模式识别方法可以充分利用从原始数据中所提取的特征值之间的相互内在关系建立数学模型并以预测误差平方和值最小为判别函数进行分类。基于此,提出了一种新的一类分类方法--单类基于变量预测模型的模式识别（OC-VPMCD）方法,将该方法与本征时间尺度分解（ITD）方法相结合并应用于滚动轴承故障诊断。首先采用ITD对滚动轴承振动信号进行分解并对包含主要故障信息的若干固有旋转（PR）分量提取排列熵作为故障特征值;然后对OC-VPMCD分类器进行训练,并确定预测误差平方和阈值;最后进行OC-VPMCD模式识别,根据模式识别结果判断滚动轴承的工作状态正常与否。实验数据分析结果表明,该方法能够有效地应用于滚动轴承振动信号的故障诊断。     

VPMCD和模糊熵在转子系统故障诊断中的应用

针对转子系统的故障特征,提出了基于多变量预测模型（variable predictive mode based class discriminate,简称VPMCD）和模糊熵的故障诊断方法。VPMCD方法是根据所提取的全部或部分特征值之间具有的某种内在关系建立预测模型,并以建立的变量预测模型进行模式识别。首先,对转子振动信号进行经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD),得到若干个内禀模态函数（intrinsic mode function,简称IMF）分量;接着,提取包含主要故障信息的前几个IMF分量的模糊熵组成故障特征向量矩阵;然后,采用VPMCD方法建立预测模型;最后,通过建立的VPMCD预测模型区分转子的工作状态和故障类型。实验分析结果表明,基于VPMCD和模糊熵的故障诊断方法可以准确、有效地识别转子系统的工作状态和故障类型。     

RWESOS-VPMCD方法对超声缺陷信号的识别研究

在通过特征值间的内在关系建立预测模型的变量预测模式识别方法(VPMCD)中,传统判别方法受特征向量中的个别特征预测异常值影响大,易导致分类错误.提出基于比值加权的最小误差平方和的判别函数(RWESOS),可将异常预测的特征权重大幅降低,提升正确预测特征的权重,从而提高分类准确率.实验表明,在对不同缺陷大小的超声检测信号的识别中,使用RWESOS判别函数的RWESOS-VPMCD方法的识别率比BP神经网络和普通判别函数的VPMCD方法的识别率分别提高了4％和11％.     

基于LPP与VPMCD的液压泵故障模式识别

针对液压泵振动信号复杂且难以提取有效特征量的问题,提出一种基于局部保留投影(LPP)算法的故障特征提取方法。采用集总经验模态分解(EEMD)法对液压泵振动信号进行分解,从得到的内禀模态分量(IMF)中选取敏感分量,对敏感分量进行分析并从中提取液压泵故障高维特征向量,利用局部保留投影法对高维特征向量进行融合降维,提取隐藏在高维特征空间中的故障本质信息,即敏感特征向量。基于变量预测模型的模式识别(VPMCD)算法实现模式识别的良好性能,提出采用VPMCD算法实现液压泵故障模式识别。基于提取的敏感特征集,建立各状态敏感特征的变量预测模型,进而实现液压泵的故障识别,实测液压泵振动信号分析结果验证了所提出液压泵故障模式识别方法的有效性。通过对比分析验证了所提出方法的良好性能。     

A fault diagnosis approach for roller bearing based on VPMCD under variable speed condition

Essentially the fault diagnosis of roller bearing is a process of pattern recognition. However, existing pattern recognition method failed to capitalize on the nature of multivariate associations between the extracted fault features. Targeting such limitation, a new pattern recognition method – variable predictive model based class discriminate (VPMCD) is introduced into roller bearing fault identification. The VPMCD consider that all or part of the feature values will exhibit interactions in nature and these associations will have different performances between different classes, which is always true in practice when faults occur in roller bearings. Target to the characteristics of non-stationary and amplitude-modulated and frequency-modulated (AM–FM) of vibration signal picked up under variable speed condition, a fault diagnosis method based upon the VPMCD, order tracking technique and local mean decomposition (LMD) is put forward and applied to the roller bearing fault identification. Firstly, LMD and order tracking analysis method are combined to extract the fault features of roller bearing vibration signals under variable speed condition; Secondly, the feature values are regard as the input of VPMCD classifier; finally, the working condition and fault patterns of the roller bearings are identified automatically by the output of VPMCD classifier. The analysis results from experimental signals with normal and defective roller bearings indicate that the proposed fault diagnosis approach can distinguish the roller bearing status-with or without fault and fault patterns under variable speed condition accurately and effectively.     

A roller bearing fault diagnosis method based on the improved ITD and RRVPMCD

Targeting that the measured vibration signal of roller bearing contains the characteristics of non-stationary and nonlinear, and the extraction features may contain smaller correlation and redundancy characteristics in the roller bearing fault diagnosis, the vibration signal processing method based upon improved ITD (intrinsic time-scale decomposition) and feature selection method based on Wrapper mode are put forward. In addition, in the design of the classifier, targeting the limitation of existing pattern recognition method, a new pattern recognition method-variable predictive model based class discriminate (VPMCD) is introduced into roller bearing fault identification. However, the parameters are fitted by using least squares in VPMCD method, while least squares regression is sensitive to “abnormal value”. Therefore, a robust regression-variable predictive mode-based class discriminate (RRVPMCD) method is proposed in this paper, robust regression is adopted to estimate parameters and the effect of “abnormal value” in the estimation of parameters would be reduced by giving each feature a weight. Firstly, improved ITD method and feature selection method based on Wrapper mode are combined to extract the fault features of roller bearing vibration signals, and feature vector matrixes are established, then a predictive model is built through the method of RRVPMCD, finally, the established predictive model is used for pattern recognition. Experimental results show that the model based on the improved ITD, the Wrapper feature selection and RRVPMCD method can effectively identify work status and fault type of roller bearing.     

改进VPMCD方法在滚动轴承故障诊断中的应用

针对模式识别新方法VPMCD(variable predictive model based class discriminate)在参数估计过程中存在的缺陷,对VPMCD方法进行了改进,用主成分估计法代替原方法中的最小二乘法进行参数估计,消除了预测变量间存在多重线性相关性的影响,可以获得更加稳定的模型参数,从而提高模式识别的精度。采用局部特征尺度分解(LCD)方法对滚动轴承振动信号进行分解得到若干个单分量信号,提取各分量的近似熵组成故障特征向量作为改进VPMCD的输入,以改进VPMCD作为分类器对滚动轴承的工作状态和故障类型进行分类。对正常状态、外圈故障、内圈故障和滚动体故障四种不同工作状态和故障类型下的滚动轴承振动信号进行了分析,结果表明该方法有效。