基于EMD-SDP特征融合的CNN轴承保持架故障诊断研究

针对滚动轴承保持架故障振动信号存在的不稳定性、无冲击特性和故障特征难以获取等问题,提出了一种基于EMD-SDP特征融合的CNN轴承保持架故障诊断方法.采用了SDP信息融合方法对保持架故障振动信号的EMD固有模态分量进行了特征信息融合,展示了不同保持架故障振动信号的时频特性;分析了滚动轴承保持架不同故障状态下的SDP特征...     

基于MEEMD-SDP图像特征和DRN的行星齿轮箱故障诊断

在行星齿轮箱齿轮的实际工程应用中,针对故障发生的早期阶段,其非平稳性、非线性振动特征信号导致故障诊断准确率低的问题,提出了一种基于MEEMD-SDP图像特征和深度残差网络的齿轮故障诊断方法。首先,采用了改进的集总平均经验模态分解(MEEMD)方法对齿轮振动信号进行了分解,获得了能够反映齿轮振动信号信息的固有模态函数(IMF);然后,通过对称点图案(SDP)分解方法提取了IMF分量,将其变换到极坐标下的雪花图像特征,并组成了特征向量;最后,引入深度残差网络(DRN)模型,实现了对行星齿轮箱齿轮不同故障的识别与分类,同时将其与卷积神经网络(CNN)模型进行了对比,并在东南大学公开的齿轮箱数据集上进行了不同模型对齿轮状态故障识别准确率的对比实验。研究结果表明：SDP图像特征能够全面表征齿轮的状态信息,相较于CNN模型,采用DRN模型对齿轮进行诊断得到的平均准确率有明显提高,可达到98.1%,能验证基于MEEMD-SDP图像特征和深度残差网络方法的有效性;研究结果对提升现有行星齿轮箱齿轮故障识别的准确率具有一定的价值。     

基于SDP图像特征和ANNC的液压泵故障诊断

针对液压泵故障诊断中特征提取和模式识别等关键环节,提出了基于SDP图像特征和ANNC的液压泵故障诊断方法。该方法首先通过SDP方法对液压泵振动信号进行变换,得到不同故障状态下的极坐标雪花图;然后从图像处理的角度,提取出反映雪花花瓣不同的形状特征并组成故障特征向量;最后通过ANNC对故障特征向量进行分类识别,判断液压泵的故障状态。液压泵故障诊断实例表明,SDP图像特征可以对故障进行表征,ANNC则进一步提升了识别准确率,验证了方法的有效性。     

转子系统全矢振动能量谱故障诊断研究

在大型旋转机械各类常见故障中,转子系统故障是发生最多的故障之一,超过总故障的60%。传统的转子系统的故障诊断方法主要是基于单通道信号的幅值谱和相位谱特征,但由于单通道信号的不完整性以及特征量选取的不可靠,容易出现误诊或漏诊状况。为解决上述问题,提出振动能量谱的概念,并结合全矢谱技术进行双通道信息融合,形成全矢振动能量谱,将其运用于转子系统的故障诊断当中。实验证明,全矢振动能量谱较之于传统的幅值谱方法,能更加准确、有效的识别转子故障。     

基于深度Q学习策略的旋转机械故障诊断方法研究

传统的旋转机械故障诊断方法需要人工提取故障特征,且该方法受环境噪声的影响较大,针对这一问题,提出了一种基于深度Q网络强化学习的旋转机械故障诊断模型。首先,以一维故障信号作为模型的输入,以各故障的故障类型作为当前输入的可选动作;然后,采用基于统计的随机置零方法以提高模型的抗噪能力,再通过深度学习网络,有效提取了各故障的故障特征,拟合了当前状态动作对的Q值,并采用深度Q学习模型完成了对各个故障类型的识别;最后,通过故障模拟试验台及美国西储大学轴承故障数据进行了模拟实验,并将该方法与传统机器学习方法,以及一维卷积神经网络模型进行了比较,以证明该方法在噪声环境下的优良表现。研究结果表明:在信噪比为-4 dB时,采用该故障诊断模型对旋转机械故障的识别准确率可以达到78%;采用该方法可以准确、稳定地对旋转机械进行故障诊断。     

基于奇异值差分谱和SDP图像相关分析的故障诊断方法

为有效利用旋转机械振动信号进行故障诊断,提出了基于奇异值差分谱和SDP(Symmetrized Dot Pattern)图像相关分析的故障诊断方法。该方法首先通过奇异值差分谱对振动信号进行降噪处理以消除噪声的干扰;然后利用SDP方法对降噪后信号进行变换,得到不同故障状态下的极坐标雪花图像;最后利用正常状态和故障状态下的SDP图像之间的相关系数来判断故障状态。齿轮典型故障的诊断结果证明,该方法能快速准确地分辨出齿轮不同的故障状态,具有一定的优势。     

基于多传感器数据融合和深度残差收缩网络的轴向柱塞泵故障诊断

为了解决单传感器振动信息不能全面表达柱塞泵故障特征信息的问题，提出了一种基于多传感器数据融合深度残差收缩网络学习的轴向柱塞泵故障诊断方法。首先，采用多传感器对振动信号进行采集，完善振动信号的故障特征信息。其次，针对振动信号的非平稳、非线性等特征，提出基于多元多尺度散布熵的多通道融合方法，获取一维故障特征向量，从而达到增强故障冲击特征的目的。然后，将故障特征向量输入到深度残差收缩网络模型，通过注意力机制，利用软阈值函数降低样本噪声及无关特征干扰，实现轴向柱塞泵故障特征识别。最后，通过轴向柱塞泵故障诊断试验验证所提方法的有效性。试验结果表明，该方法可有效提取振动信号的故障特征，识别正确率明显高于典型的深度学习方法。     

电流与振动信号融合的转子系统故障诊断研究

针对传统转子系统故障诊断信号的单一性,提出了基于电机电流和多传感器振动信号的融合信号的转子系统故障诊断方法。首先在单跨转子试验台上模拟转子系统的不平衡、不对中、碰磨故障,并采集不同故障类型下拖动电机的电流信号及不同位置的振动信号,其次利用小波包能量法对采集的信号进行特征值提取,最后利用贝叶斯网络对转子系统故障类型进行识别。试验结果表明:与只利用电机电流信号或振动信号相比,利用融合信息进行转子系统故障诊断准确率明显提高。     

基于基座多振动信号融合的转子故障诊断

针对目前常用的旋转机械转子故障诊断中直接对转子部件诊断安装传感器困难、通用性差等问题,利用转子-轴承-基座系统的振动传递性,提出了一种基于基座的多传感器信息融合故障诊断方法。采用相关函数法来确定基座上传感器的最佳布置方案,通过自适应的信号融合方法,克服基座上故障信号特征较弱,包含更多干扰信号的特点,对转子部件故障进行有效诊断。最后在综合故障试验台中进行试验验证,证明了该方法的可行性。     

基于多通道加权卷积神经网络的齿轮箱振动信号特征提取

为了解决单通道振动信号输入不能全面表达故障特征信息及齿轮箱故障早期诊断问题,提出了一种新的深度神经网络(Deep neural network,DNN)模型—多通道加权卷积神经网络(Multi-channels weighted convolutional neural network,MCW-CNN),并应用于齿轮箱振动信号特征学习和故障诊断.首先,采用经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)对振动信号进行处理,得到多通道一维信号突出振动信号的故障特征,并将其转化为多通道图像输入,从而充分发挥CNN在图像特征提取上的优良性能,将齿轮箱故障诊断问题进一步转化为CNN更为擅长的多通道图像识别问题;其次,针对各通道图像频率和带宽的不同,在卷积层采用动态感受野进行图像特征提取,全面提取多通道图像特征细节;针对各通道图像携带冲击特征的强弱不同,提出了基于峭度加权的多通道融合方法,增强了冲击特征强的通道故障特征.最后,通过故障诊断仿真试验和齿轮箱故障诊断试验验证所提方法的有效性.试验结果表明,MCW-CNN可有效提取振动信号的故障特征,识别正确率明显高于典型的深度学习方法和传统的分类器.     

基于特征提取的航空发动机滚动轴承故障诊断

航空发动机振动信号复杂,数据量大,其机械系统滚动轴承故障诊断困难重重。在振动信号处理及故障检测领域,利用机器学习强大的自主学习能力在旋转机械故障的诊断方面得到了越来越多的应用。本文提出一种基于特征提取的滚动轴承故障诊断方法,通过特征提取获得更全面数据信息,再将深度信念网络模型用于信号识别,全方位反映航空发动机滚动轴承的运行状态。经实验验证,DBN模型在噪声环境下的平均准确率可达99%以上,具有较强的抗噪能力。     

基于多元经验模态分解的旋转机械早期故障诊断方法*

针对旋转机械早期微弱故障诊断问题,提出了基于多元经验模态分解的旋转机械早期故障诊断新方法。首先将多个加速度传感器合理布置在轴承座的关键位置,同步采集多通道振动信息;再利用多元经验模态分解同时对多通道振动信号进行自适应分解,得到一系列多元IMF分量;最后,依据峭度准则和相关系数从中选取包含故障主要信息的IMF分量进行信号重构,提取故障特征。多元经验模态分解方法克服了EMD等方法在进行多通道数据融合时缺乏理论依据的局限性。仿真信号和旋转机械故障信号的实验结果表明,该方法明显优于EEMD方法,对齿轮和滚动轴承故障的检测精度更高,可以在强背景噪声情况下更好地提取出故障冲击特征。     

旋转机械空间域全信息小波包变换及其应用

结合空间域矢谱分析和小波包变换技术,提出了旋转机械空间域全信息小波包变换方法.它融合了转子同截面3通道图谱中各自存在的振动分量,能全面、准确地反映转子发生故障时的瞬态过程特征量变化.工程实践应用表明:旋转机械空间域全信息小波包变换对于旋转机械的故障诊断,是一种新的、较为实用的信息融合方法.     

一种1D-CNN与多传感器信息融合的液压系统故障诊断方法

针对液压信号复杂且难以诊断的难点，提出一种多尺度一维卷积神经网络与多传感器信息融合的深度神经网络模型（MS1D-CNN-MSIF）对液压泵与蓄能器进行故障诊断。在提出方法中，采用不同大小的卷积核对故障信号进行多尺度特征提取；然后使用多传感器信息融合策略将多个传感器的特征信号进行融合，最后使用Softmax进行分类识别。诊断蓄能器压力状态与液压泵泄漏状态的实验结果表明，与支持向量机、堆栈自编码、深度置信网络比较，提出模型具有更好的故障诊断性能，蓄能器识别精度可达99.50%，液压泵识别精度可达99.73%。     

基于深度强化学习的旋转机械故障诊断策略

由于传统深度学习方法无法挖掘原始振动数据与旋转机械状态之间的非线性映射关系,提出了一种基于堆叠式自动编码器与深度Q网络相结合的深度强化学习旋转机械故障诊断方法.首先建立故障诊断"博弈"模型,该博弈模型可以为故障诊断代理提供观察、行动和获得奖励的交互式环境.然后,堆叠式自动编码器采用完全连接模型进行逐级的内在特征学习从而构建了故障诊断代理,然后通过引入记忆回放和迭代更新策略以及奖励反馈机制,使得深度Q网络实现了原始振动信号与故障模式之间的非线性映射关系.最后通过实验证明了提出方法的有效性与可行性.     

基于频域时空特征谱的信息故障诊断方法

目前振动信号的分析主要是针对特定测点在某一瞬间采集的一段振动波形,提取其中的特征量来进行诊断故障,这种基于状态信息的诊断方法对故障类型的辨别能力有限。基于多个振动波形状态的过程信息,提出和定义了两种基于过程信息融合的信息火用指标,用于反映同一个过程中不同状态间的过程变化规律以及不同过程中对应状态间的过程变化规律。在此基础上,提出了一种基于频域时空特征谱的旋转机械信息火用故障诊断方法,并通过该方法对试验台获取的振动故障信号进行分析。计算结果表明,该方法是一种有效的故障诊断方法。     

基于图像处理的滚动轴承故障特征提取研究

特征提取是故障诊断的关键环节,现有的时域、频域和时频域特征提取方法虽然有效,但在新领域寻找特征提取方法也十分必要。在分析SDP(Symmetrized Dot Pattern)方法得到雪花图像特点的基础上,提出了基于图像处理的滚动轴承故障特征提取方法。首先通过SDP方法将原始振动信号转换成极坐标下的雪花图像;然后采用图像处理技术提取出滚动轴承各故障状态雪花图像的形状特征,并对特征参数进行分析;最后通过建立BP网络进行故障模式识别,验证了该故障特征提取方法的有效性。     

一维深度子领域适配的不同转速下旋转机械 复合故障诊断

旋转机械复合故障与单一故障样本间相关性高易造成错分类,且旋转机械转速往往不同,进一步加剧了旋转机械复合故障诊断的难度。针对上述问题,提出一维深度子领域适配的不同转速下旋转机械复合故障诊断方法。首先,以旋转机械复合故障的频域信号作为网络的输入,最大程度保留信号特征;其次,搭建领域共享的一维卷积神经网络,对不同转速下旋转机械复合故障的频域信号特征进行学习;然后,添加局部最大均值差异形成子领域适配层,对齐每对子领域分布以避免单一故障和复合故障的特征混合,并通过最小化局部最大均值差异值缩小两域子领域特征分布差异,以减少不同转速所带来的干扰;最后,在子领域适配层后添加softmax分类层,实现对目标数据的故障状态识别。通过不同转速旋转机械复合故障诊断实验证明了所提方法的有效性。     

一种故障诊断新方法及其应用

旋转机械的振动具有其复杂性和特殊性,在各个响应频率下,转子的轴心运动轨迹是一个椭圆.结合全矢谱分析技术,提出一种旋转机械故障诊断新方法--用轴心轨迹椭圆的面积描述转子振动状态,同时提出矢振比和全矢瞬时幅速图两个概念.在此基础之上提取出有效的故障信息特征值,最后将新方法应用于故障诊断实践中.结果表明,这种方法具有可识别转子的振动状态、能清晰判断转子的正反进动、提高分析判断速度、灵敏度高等优点,是一种实用的旋转机械故障诊断分析新方法.     

变转速工况下基于多传感器信号深度特征 融合的电机故障诊断研究

本文提出一种利用多传感器信号深度特征融合的方法实现电机变转速工况下的故障诊断。首先从多传感器节点同步采集电机的多通道振动、声音和漏磁信号。对漏磁信号进行处理获取电机转子的累积转角曲线,随后利用累积转角曲线对振动和声音信号进行阶比分析处理。最后利用双层双向长短期记忆网络从经过预处理的多传感器信号中提取和融合特征以诊断电机故障。实验结果表明,通过提取和融合8通道的电机振动和声音信号,本文提出的方法能够有效识别电机的高阻接触、偏心、霍尔断线、相间短路、轴承等10类运行状态,分类准确率达到99.86%。该方法有望部署在物联网边缘计算节点中,实现电机的远程在线状态监测和故障诊断。