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基于流形学习的旋转机械故障识别方法研究

基于流形学习的旋转机械故障识别方法研究

作者：胡浩松燕山大学

学位级别：硕士

旋转机械在现代生产体系中占据着不可替代的位置,一旦发生故障而没有及时发觉,就会由于多米诺效应导致整个系统瘫痪,造成重大的经济损失甚至人员伤亡。因此对旋转机械的故障识别技术显得尤为重要。故障识别主要步骤是首先获取设备现场... 详细信息

旋转机械在现代生产体系中占据着不可替代的位置,一旦发生故障而没有及时发觉,就会由于多米诺效应导致整个系统瘫痪,造成重大的经济损失甚至人员伤亡。因此对旋转机械的故障识别技术显得尤为重要。故障识别主要步骤是首先获取设备现场运行信息,然后提取故障特征,最后进行状态识别和故障诊断。其中的关键是从振动信号中提取故障特征,也是本文的研究重点。本文深入研究了流形学习算法的基本原理,针对其易形成数据空洞而导致样本缺失的问题做出改进,并通过UCI数据集的仿真实例验证流形学习在揭示信号本质结构方面的有效性。对流形学习应用在故障识别时的高聚类性进行深入分析,与传统的主元分析等线性处理方法进行对比,说明了流形学习能够发现数据集隐藏在高维观测样本下的本质结构。本文采用流形学习和固有模态函数特征能量相结合的方法来提取故障信息特征。现场采集的设备振动信号经过EMD时频分析方法后得到若干个固有模态函数,由各阶固有模态函数的能量值组成特征向量,然后采用流形学习去除特征之间的冗余信息,提取出最能表征故障信息的特征。本文以机械故障综合模拟实验台为研究对象,搭建了基于Lab VIEW的信号采集系统,采用所提方法成功地对轴承和齿轮进行了故障诊断,发现了基于流形学习的故障识别技术对工况不敏感而对故障程度敏感,这对于故障诊断具有重要意义。本文将流形学习引入风电机组在线监测与故障诊断系统,成功地对风电机组的传动链进行了故障诊断,是技术理论转化为工程应用的一个重要实践。

关键词：旋转机械故障识别流形学习等距映射特征提取固有模态函数

形态差值滤波及形态指数在液压泵滑靴磨损状态评估中的应用

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振动与冲击 2015年第12期34卷 13-17,41页

作者：郑直姜万录朱勇胡浩松燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室秦皇岛066004 燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室秦皇岛066004

针对液压泵滑靴磨损状态的评估问题,提出了一种基于形态差值滤波和形态指数(MI)的方法来有效地诊断滑靴磨损故障并评估其劣化程度。首先,利用形态差值滤波器对现场实测的正常状态和四种不同磨损程度的滑靴故障的振动信号进行滤波处理,... 详细信息

针对液压泵滑靴磨损状态的评估问题,提出了一种基于形态差值滤波和形态指数(MI)的方法来有效地诊断滑靴磨损故障并评估其劣化程度。首先,利用形态差值滤波器对现场实测的正常状态和四种不同磨损程度的滑靴故障的振动信号进行滤波处理,提取出清晰的特征信息;其次,对滤波后的振动信号进行有量纲参数和无量纲参数的提取,其中有量纲参数包括首次引入到液压泵健康状态评估领域的MI;最后,通过分析MI对滑靴磨损故障及其劣化程度的敏感性和变化规律,得出MI可以有效地诊断出滑靴磨损故障及评估其劣化程度。

关键词：滑靴磨损形态指数形态差值滤波液压泵状态评估

基于EEMD形态谱和KFCM聚类集成的滚动轴承故障诊断方法研究

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振动工程学报 2015年第2期28卷 324-330页

作者：郑直姜万录胡浩松朱勇李扬燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室河北秦皇岛066004

针对滚动轴承的故障诊断问题,提出了一种基于集总经验模态分解(EEMD)、形态谱特征提取和核模糊C均值聚类(KFCMC)集成的故障诊断新方法。首先,对实测的滚动轴承振动信号进行EEMD分解,得到若干个代表不同振动模态的内禀模态函数(IMF);其次... 详细信息

针对滚动轴承的故障诊断问题,提出了一种基于集总经验模态分解(EEMD)、形态谱特征提取和核模糊C均值聚类(KFCMC)集成的故障诊断新方法。首先,对实测的滚动轴承振动信号进行EEMD分解,得到若干个代表不同振动模态的内禀模态函数(IMF);其次,基于峭度、能量和均方差三个评价指标,从分解得到的若干个IMF分量中选出含有故障特征信息最丰富的3个IMF分量作为诊断用的数据源;然后在选定尺度范围内提取每个IMF分量的形态谱平均值,将三个形态谱平均值构成一个三维特征向量,作为一个样本,形成样本集;最后,利用KFCMC完成对滚动轴承不同故障的分类识别。此外,为了对比说明该方法的识别效果,还将振动信号用经验模态分解(EMD)方法进行分解,用模糊C均值聚类(FCMC)进行分类识别,结果表明所提方法的识别效果要优于EMD形态谱和FCMC相结合的方法。通过对实测的滚动轴承振动信号的实验验证,表明该方法可以实现对滚动轴承故障的有效诊断。

关键词：故障诊断滚动轴承集总经验模态分解形态谱核模糊 C 均值聚类

基于有效信息重构的故障旋转机械振动加速度信号积分方法

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中国机械工程 2015年第18期26卷 2511-2517页

作者：朱勇姜万录郑直胡浩松燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室秦皇岛066004 先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室(燕山大学) 秦皇岛066004

提出一种基于有效信息重构的故障旋转机械振动加速度信号积分方法。该方法首先利用集总经验模态分解(EEMD)对积分信号进行分解,然后将峭度指标、均方差值和奇异值组合成特征向量对分解信号进行有效特征提取,并通过欧氏距离搜索提取分解... 详细信息

提出一种基于有效信息重构的故障旋转机械振动加速度信号积分方法。该方法首先利用集总经验模态分解(EEMD)对积分信号进行分解,然后将峭度指标、均方差值和奇异值组合成特征向量对分解信号进行有效特征提取,并通过欧氏距离搜索提取分解信号中隐含的有效特征分量,最后通过阈值限定将有效特征分量进行叠加重构得到所需有效积分信号。仿真分析和实测数据结果表明,该方法在去除噪声和保留有效特征信息方面,比传统积分方法具有更高的精度和优越性。

关键词：振动加速度时域积分频域积分频域-时域混合积分有效信息重构

基于奇异点检测和模糊粗糙集相结合的故障特征降维方法及应用研究

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机床与液压 2016年第7期44卷 155-160页

作者：姜万录杨凯朱勇郑直胡浩松燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室河北秦皇岛066004 先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室(燕山大学) 河北秦皇岛066004

针对在模式识别过程中样本的特征维数过高,模糊粗糙集特征降维方法易受奇异点影响的问题,提出了一种基于奇异点检测和模糊粗糙集相结合的特征降维方法。该方法通过计算样本基于重心的不稳定系数值的变化,据此剔除奇异点,消除了奇异点对... 详细信息

针对在模式识别过程中样本的特征维数过高,模糊粗糙集特征降维方法易受奇异点影响的问题,提出了一种基于奇异点检测和模糊粗糙集相结合的特征降维方法。该方法通过计算样本基于重心的不稳定系数值的变化,据此剔除奇异点,消除了奇异点对模糊粗糙集特征降维的影响,选择出对模式分类敏感的特征子集。通过仿真数据和齿轮故障数据进行实验分析,实验结果验证了所提出的特征降维方法的有效性。

关键词：特征降维模糊粗糙集奇异点检测故障识别

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时效近等原子比钛镍形状记忆合金TEM分析

东南大学学报（自然科学版） 2001年第4期31卷 97-100页

作者：祁珊胡浩松宋经章林萍华东南大学材料科学与工程系南京210096

应用TEM分析技术对一种富Ni钛镍形状记忆合金时效后的组织进行了研究 ,结果表明 ,在不同温度下时效析出物的相结构和形态是不同的 .在 6 73～ 773K温度时 ,析出物都是Ti1 1 Ni1 4 相 ,随时效温度的提高 ,析出物的形态由细点状变为透镜... 详细信息

应用TEM分析技术对一种富Ni钛镍形状记忆合金时效后的组织进行了研究 ,结果表明 ,在不同温度下时效析出物的相结构和形态是不同的 .在 6 73～ 773K温度时 ,析出物都是Ti1 1 Ni1 4 相 ,随时效温度的提高 ,析出物的形态由细点状变为透镜状截面的椭圆板 ,这种相与B2母相是共格的 ,它的应变场使R相变与马氏体相变分离 ,Ti1 1 Ni1 4 相的析出会改善钛镍形状记忆合金的性质 .此外 ,在更高温度下时效合金将析出稳定的TiNi3相 ,该相与基体没有共格关系 ,同时导致基体镍含量下降 ,提高了马氏体转变温度 .

关键词：时效 TEM分析钛镍合金形状记忆合金

小波包和小波脊线相结合的解调方法在液压泵故障诊断中的应用

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液压与气动 2015年第4期39卷 50-55页

作者：刘思远胡浩松丁琳琳燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室河北秦皇岛066004

针对轴向柱塞泵故障振动信号呈现出的非平稳和非线性特点,提出了一种基于小波包能量法与小波脊线法相结合的信号解调方法,将其用于液压泵故障诊断中的信号解调过程。该方法首先对原始振动信号进行功率谱分析,明确故障振动信号反映出的... 详细信息

针对轴向柱塞泵故障振动信号呈现出的非平稳和非线性特点,提出了一种基于小波包能量法与小波脊线法相结合的信号解调方法,将其用于液压泵故障诊断中的信号解调过程。该方法首先对原始振动信号进行功率谱分析,明确故障振动信号反映出的能量集中频带带宽;根据确定的带宽和原始信号分析频率设定小波包分解的层数,采用小波包能量法提取出分解系数对应频带能量最大的特征信息进行信号重构;利用小波脊线法对重构后的频带信号进行解调处理,通过信号的包络解调谱提取故障的特征频率,利用解调后的时频谱对液压泵单柱塞滑靴磨损、斜盘磨损以及中心弹簧故障进行分析。通过实验结果验证,该方法能有效地对液压泵的故障信号进行解调,并能找出反映故障的敏感特征频率。

关键词：故障诊断小波包分解小波脊线信号重构特征频率