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基于遗传算法优化神经网络的齿轮箱故障诊断研究

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基于遗传算法优化神经网络的齿轮箱故障诊断研究

作者：乔晶晶中北大学

学位级别：硕士

齿轮作为机械设备的传动部分,担负着传递动力和运动的重要使命,齿轮故障不仅会损坏齿轮本身,还直接关系着整个设备的运转,甚至危及到人身安全,所以对齿轮传动系统进行状态监测及故障诊断具有重大意义。遗传算法是模仿自然界生物进化机... 详细信息

齿轮作为机械设备的传动部分,担负着传递动力和运动的重要使命,齿轮故障不仅会损坏齿轮本身,还直接关系着整个设备的运转,甚至危及到人身安全,所以对齿轮传动系统进行状态监测及故障诊断具有重大意义。遗传算法是模仿自然界生物进化机制发展起来的随机全局搜索优化方法,它可在搜索过程中能够自动获取和积累有关搜索空间的知识,并且自适应地控制搜索过程以求得最优的方案,具有良好的全局收敛能力和收敛速度快、效率高的优点,还具有全局搜索性,能够克服神经网络固有的局部极小值问题,结合利用神经网络的非线性逼近能力,可以实现优势互补,同时避免各自缺点。本文在深入研究齿轮箱的结构与工作过程的基础上,建立了13-4-5型的遗传算法优化神经网络的齿轮箱故障诊断系统,实验系统以齿轮箱为实验对象,将选好的传感器安装到已选测点上,通过测量到齿轮箱振动信号对其进行消噪处理、提取反映齿轮箱运转特征信息的特征值以体现齿轮箱运转的状况,提出改进遗传算法适应值的一种新方法,并将其应用于遗传算法优化的BP网络模型应用于齿轮故障诊断,建立改进后的遗传算法优化神经网络的两种模型并且进行仿真,通过一系列训练和测试,结果表明:通过采用两种GA优化算法分别在18步和44步达到收敛,传统的未经改良的遗传算法需要71步,收敛速度分别提高了74.6%和38.0 %,极大的提高了诊断的可靠性和准确性,本文最后与BP神经网络比较,更加验证了改进后遗传算法的优越性。

关键词：齿轮箱故障诊断遗传算法神经网络

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老陈醋品质分析方法与实时检测装置研究

老陈醋品质分析方法与实时检测装置研究

作者：吴远远中北大学

学位级别：硕士

老陈醋是我国的四大名醋之一,也是日常生活常用的调味品,食醋掺假严重地影响了老陈醋的声誉,并损害了消费者的合法权益;食醋厂家使用的传统食醋品质检测方法耗时长,检测效率低,有损耗,不能实现实时检测。本论文通过可见/近红外光谱技术... 详细信息

老陈醋是我国的四大名醋之一,也是日常生活常用的调味品,食醋掺假严重地影响了老陈醋的声誉,并损害了消费者的合法权益;食醋厂家使用的传统食醋品质检测方法耗时长,检测效率低,有损耗,不能实现实时检测。本论文通过可见/近红外光谱技术、机器视觉技术、信息融合技术并结合化学计量学方法对老陈醋品质进行定量的分析,对其品牌进行定性的分析,并制定了食醋品质实时检测方案。本文主要工作有:(1)分别搭建了基于光谱信息与图像信息的老陈醋品质检测系统;(2)基于光谱信息检测系统,首先,采集老陈醋实验样品在不同光程和不同流量时的透射光谱。其次,使用PLSR定量分析方法,确定各个指标的最佳检测光程、最佳流量和最佳预处理方法。然后,在已确定的最佳条件下,对比分析基于PLSR与BP神经网络所建立的老陈醋品质分析模型;最后,采用判别分析对不同品牌的老陈醋进行判别分析;(3)基于图像信息检测系统,首先,采集老陈醋实验样品在滤纸上扩散后的图像,从中提取其颜色信息和面积信息。其次,采用PLSR和BP神经网络分别建立基于颜色信息、颜色与面积信息的老陈醋品质分析模型,分别得到基于这两种信息的最佳模型;然后,再对比分析这两种最佳模型;最后,基于不同的训练参数对老陈醋品质进行判别分析;(4)对于光谱与图像信息融合,首先,对比分析基于光谱信息与图像信息建立的最佳老陈醋品质模型;其次,对比分析不同的建模方法基于不同信息融合的老陈醋品质定量模型;然后,对比分析基于信息融合的老陈醋品质模型与上述最佳模型;最后,判别分析信息融合的老陈醋品质定性模型;(5)制定变光程调节和食醋品质实时检测方案。

关键词：可见/近红外光谱机器视觉信息融合老陈醋品质检测装置

煤质内部成分的近红外光谱定量检测和分析研究

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煤质内部成分的近红外光谱定量检测和分析研究

作者：陈鹏强中北大学

学位级别：硕士

全水分、灰分、挥发分和固定碳是煤炭中的重要煤质指标，它在煤的生产、贸易、加工利用及基础理论研究中具有重要意义。目前大部分煤质快速检测方法均存在分析周期过长、含有不同程度的放射性物质等不足，因此，快速、无损的检测煤质内... 详细信息

全水分、灰分、挥发分和固定碳是煤炭中的重要煤质指标，它在煤的生产、贸易、加工利用及基础理论研究中具有重要意义。目前大部分煤质快速检测方法均存在分析周期过长、含有不同程度的放射性物质等不足，因此，快速、无损的检测煤质内部成分成为了亟待解决的问题。近红外光谱分析技术能够有效解决传统煤质检测方法的不足，实现对煤质内部成分指标的分析研究。研究了煤样内部成分的无损检测技术，采集了四个指标的180个煤样的近红外漫反射光谱，分别对原始光谱进行平滑处理、微分处理、Kramers-Kronig变换（K-K变换）和衰减全反射（ATR）校正，将其中的140个煤样选为校正集分别建立全水分、灰分、挥发分和固定碳的数学模型，其余的40个煤样选为预测集来验证模型的稳定性和预测能力。通过马氏距离和建模结果将异常样品剔除，建立主成分回归（PCR）和偏最小二乘回归（PLSR）两种模型，比较发现PLSR模型评价指标均优于PCR模型，选取偏最小二乘法作为后续的定量分析算法。基于不同平滑级数的煤质内部成分偏最小二乘回归模型，校正均方根误差（RMSEC）随着平滑点数的增加而增加，随着多项式次数的增加而减少，相关系数R随着平滑点数的增加而减少，随着多项式次数的增加而增加;固定碳含量经过一阶导数处理后模型的稳定性较好，RMSEC和预测均方根误差（RMSEP）相差0.33，其余指标经微分处理后无法改善模型的精度;挥发分和固定碳经过多元散射校正（MSC）处理后模型的预测能力和稳定性有所提高，灰分和固定碳经过标准归一化（SNV）预处理后的PLSR模型较优。为了进一步优化分析，采用定性筛选法建立不同波段的PLSR模型，发现800～1200nm的全水分和灰分建模效果最佳，1600～2000nm波段的挥发分和固定碳模型结果最优。

关键词：近红外光谱煤质内部成分定量分析主成分回归偏最小二乘回归

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基于整流器下盖的模具设计以及模流分析

基于整流器下盖的模具设计以及模流分析

作者：沈亚东中北大学

学位级别：硕士

模具工业的产品非常的广泛，本文的研究目的就是在模具设计完成之前进行模拟分析，通过分析去改进模具的加工和注塑工艺从而提高塑件成型的精度。在实际生产中得考虑很多的因数，所以本文提出研究不同的因数在不同的水平下对于考核目标... 详细信息

模具工业的产品非常的广泛，本文的研究目的就是在模具设计完成之前进行模拟分析，通过分析去改进模具的加工和注塑工艺从而提高塑件成型的精度。在实际生产中得考虑很多的因数，所以本文提出研究不同的因数在不同的水平下对于考核目标的参数的影响和显著性。本文首先对整个塑件的模具设计做出了详细的说明：按照估算的体积，确定注塑机并且选择一部分参数进行校核;通过对塑件特点的观察，决定采用一模两腔、单分型面的、带有镶件的侧浇口注射模具。该模具的关键是解决分型面的选择、镶件的结构、侧浇口位置确定、冷却系统的布局、塑件浇注系统布局等问题。在设计的过程中，通过塑件的具体结构分析，决定使用镶件这样就省去了侧抽芯机构。接着阐述了熔体流动模型中薄壁理论、动量守恒方程、质量守恒方程。同时阐述了MOLDFLOW的预处理：把三维图导入MOLDFLOW DOCTOR中对个别地方进行简化，这样可以在网格划分的时候减少网格出现的问题，再通过MOLDFLOW INSIGHT进行处理。然后在浇注系统建立原则的基础上提出了两种浇口位置方案和两种浇口数量方案，模拟分析这几种方案的各自问题以及相对的优势点，确定侧端为进浇位置、浇口数量为单个。最后通过正交实验对不同的因数在不同水平下对不同的考核目标进行分析，确定了翘曲、充填时间、收缩率最小的各自组合。确定注塑参数：模具温度40、熔体温度240、注塑压力80MPa、保压时间4s、保压压力50MPa，通过AMI对定性后的注塑过程进行整体分析。同时提出两种冷却水道的讨论以及15C和25C冷却水温度的讨论，可以看出均匀降温对控制翘曲的重要性。

关键词：整流器 MOLDFLOW 正交实验模拟分析

基于近红外分析技术的老陈醋品质实时检测装置研究

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基于近红外分析技术的老陈醋品质实时检测装置研究

作者：侯若羿中北大学

学位级别：硕士

山西老陈醋的历史始于周朝,至今已有3000余年的历史,是中国国家地理标志产品,素有“天下第一醋的盛誉”。但近年来,食醋掺假成为了社会热议,一些厂商为了追求利益最大化,将劣质醋当成优质醋加以销售。这样的行为不仅伤害了消费者的权益... 详细信息

山西老陈醋的历史始于周朝,至今已有3000余年的历史,是中国国家地理标志产品,素有“天下第一醋的盛誉”。但近年来,食醋掺假成为了社会热议,一些厂商为了追求利益最大化,将劣质醋当成优质醋加以销售。这样的行为不仅伤害了消费者的权益,对山西老陈醋的声誉也造成严重的影响,导致山西老陈醋在全国所占有的市场份额逐渐减小、销量逐年下滑、影响力也不可同日而语。由于传统食醋检测过程耗时长、检测成本高、滴定终点难以掌握等等原因,使食醋产业在生产过程中无法实时了解食醋质量的现状。食醋企业发现问题并处理问题的时间成本及经济成本较大,缺少实时质量的把控,减缓了企业生产步伐。近红外光谱分析技术以其快速、无损和绿色等诸多优点在食品安全领域中得到了广泛的应用,例如蜂蜜内部葡萄糖、水分和果糖等主要成分的检测,酒的总糖、总酸、苹果酸等主要成分的检测以及品种、陈酿年份的鉴别。本文采取近红外透射光谱分析技术对山西老陈醋的总酸及pH值含量做定量分析,将近红外光谱分析技术结合化学计量学分析技术对老陈醋的总酸和PH值进行检测。对216个老陈醋样本进行马氏距离和建模将异常样本剔除,首先剔除异常光谱3个,然后剔除PH值分析数据1个样本,最终老陈醋总酸检测样本共计212个,PH值样本213个。建立偏最小二乘回归(PLSR)和主成分回归(PCR)模型,对比分析了不用光谱预处理方法和建模方法对模型的影响,比较发现偏最小二乘回归(PLSR)优于主成分回归所建立的模型,最终综合选取15点平滑-偏最小二乘的方法建立老陈醋检测模型。对同一醋龄不同品牌的老陈醋做DA定性分析,其校正集分类的正确率为97.80%,预测集的正确率为86.66%。设计了老陈醋在线检测装置,并通过结合组态软件实现实时监测。

关键词：近红外光谱老陈醋总酸 PH值在线监测

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生物质气化过程数值模拟与实验研究

生物质气化过程数值模拟与实验研究

作者：王栋中北大学

学位级别：硕士

目前,国际国内能源形势越发严峻,能源危机以及其带来的环境问题促进了可再生能源的快速发展,其中生物质能是分布广泛、总量和质量都十分可观的可再生能源。生物质气化技术是一种低碳经济、绿色环保、可持续的生物质能源利用方式,积极发... 详细信息

目前,国际国内能源形势越发严峻,能源危机以及其带来的环境问题促进了可再生能源的快速发展,其中生物质能是分布广泛、总量和质量都十分可观的可再生能源。生物质气化技术是一种低碳经济、绿色环保、可持续的生物质能源利用方式,积极发展生物质气化技术,能够有效解决世界范围内的能源短缺问题,对于维护我国能源安全、优化调整能源产业结构至关重要。本文首先基于工程实际应用的气化炉实体使用Solidworks软件建立了下吸式固定床生物质气化炉三维模型,通过FLUENT软件建立简化条件下生物质气化过程数值模型,对其内部气化过程进行模拟,研究不同工艺变量对气化炉性能的影响。最后参考数值模拟中选定的变量因素,通过设计正交实验分析研究不同变量因素对气化效果评价参数的影响权重,总结出一套最佳的气化工艺参数,该研究成果对指导生物质气化技术的工程实际应用有一定意义。以农业废弃物玉米秸秆为生物质物料,自然空气作气化介质,利用FLUENT软件构建生物质气化炉数值模型,并分析研究一定范围内空气当量比(ER)、气化剂/生物质质量比即气固比(S/B)、气化剂温度、生物质原料粒径对于产出生物质燃气的有效气体组分、气体产率、气体热值和气化效率等主要气化性能指标的影响,结果表明:(1)ER的增大使合成气中有效成分的含量占比呈现不同变化,其中甲烷变多,一氧化碳变少,氢气先变多后变少并在ER为0.3时达到峰值,气体产率显著上升,气体热值与气化效率均呈现下降趋势;(2)S/B的增大使合成气中氮气、一氧化碳和甲烷含量均呈下降趋势,氢气和一氧化碳变化趋势相反,气化温度和气体热值都有所降低,气体产率和气化效率略有增大。(3)随着气化剂温度一定范围内的提升,合成气中氮气和甲烷的含量占比呈下降趋势,一氧化碳和氢气变多,气体热值先下降后上升,其他气化指标均明显增大。(4)随着原料粒径的增大,惰性气体氮气含量占比随之上升,可燃气体成分的含量占比均呈下降趋势,其他气化指标均也呈现下降趋势。通过设计正交实验研究气化炉在不同工况下所获得产气的品质,分析不同工况下空气当量比、气固比、气化剂温度对气化指标的影响权重,在一定范围内确定影响生物质气化指标的最优化方案。结果表明:三变量中与气化产率和气体热值关联度高低的排序均为ER、S/B、气化剂温度,影响气化效率高低的权重大小为ER、气化剂温度、S/B,通过对比实验结果,分析总结出一套最优的气化工艺参数即ER值为0.2、S/B值为0.6、气化剂温度为800℃。本文通过数值模拟和实验研究,成功验证了以生物质为原料的下吸式固定床生物质气化炉气化系统方案的可行性,所得到的大量模拟和实验数据、实践经验可以用于指导下一步气化设备的设计和运行工作。

关键词：生物质气化数值模拟气化特性正交实验

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真实形貌的粗糙表面接触模型研究

真实形貌的粗糙表面接触模型研究

作者：黄永凯中北大学

学位级别：硕士

接触变形普遍存在于工业生产中,会影响加工制造设备的使用。一台机床由大量的零件组成,两个关联的零件会有接触的存在。接触零件的材料存在一个屈服极限,两接触零件受到的载荷过大会导致零件表面发生不可逆的形变,甚至会改变零件的宏观... 详细信息

接触变形普遍存在于工业生产中,会影响加工制造设备的使用。一台机床由大量的零件组成,两个关联的零件会有接触的存在。接触零件的材料存在一个屈服极限,两接触零件受到的载荷过大会导致零件表面发生不可逆的形变,甚至会改变零件的宏观形状,对零件的寿命和正常使用产生影响,最终影响整个机床的运行和加工。对零件之间的接触面建立接触模型,分析接触过程的影响因素,计算出接触模型的变形理论的计算式,为接触领域的理论分析提供参考。本文主要研究内容如下:(1)建立一种新摩擦微凸体接触模型。以赫兹接触理论为基础,将任意切向力作用下摩擦系数会影响接触的法向变形的结论作为突破口,分析微凸体接触变形的四个阶段,计算出接触面积与接触载荷的函数式。结合二维面积概率密度函数得到适合本接触模型的微凸体概率密度函数,分析整体粗糙表面的所有变形阶段,并计算出整体接触面积与载荷的函数式。得到分形维数值固定,摩擦系数分成三个范围,每个范围的相同接触变形阶段的函数表达式不一致。(2)测量接触表面形貌数据进行实体重构,并求出分形维数值。选择硬铝合金样品进行表面加工,利用原子力显微镜检测金属表面任意处区域,获得检测区域的间隔坐标点,对数据点进行简化、剔除、修补重构出真实的形貌模型。利用检测数据,采用投影法求出形貌表面的分形维数,得到分形维数值为2.82。(3)利用求出的分形维数值分析新摩擦接触模型算例。将求解出来的分形维数值代入算例中,选取八个摩擦系数值具体分析所有接触变形阶段接触面积、接触载荷与变形量的变化。在摩擦系数值大于0.3时,整体接触面积、接触载荷随变形量的变化是一致的。摩擦系数值从0到0.3时,接触面积、接触载荷随变形量的变形在弹塑性阶段增长速度逐渐增大。(4)对真实形貌的接触模型进行ANSYS仿真分析,得到与计算式的比较结果。对微凸体接触模型与真实粗糙表面实体模型分别进行仿真分析,两个接触仿真施加相同的最大法向力,设定相同的时长,施加相同固定切向力,得到八组摩擦系数值仿真结果。微凸体接触载荷随变形量的关系和整体粗糙表面接触载荷随变形量的关系,在同一条件与仿真得到的结果进行对比,对比结果有一定的相似性。

关键词：微凸体粗糙表面摩擦系数重构分形维数