基于优化集合EMD的滚动轴承故障位置及性能退化程度诊断方法

为了更有效地同时诊断出滚动轴承故障位置及不同性能退化程度,提出了对滚动轴承不同状态振动信号进行特征提取和智能分类的故障诊断方法。该方法对各状态振动信号进行集合经验模态分解,但其效果依赖于总体平均次数和加入噪声的大小这2个重要参数,因此,提出集合经验模态分解中加入白噪声的准则。将分解后的一系列固有模态函数结合奇异值分解获取各状态的奇异值,并组成特征向量矩阵。将其输入到改进的超球结构多类支持向量机进行分类,从而实现滚动轴承正常、不同故障位置及性能退化程度的多状态同时智能诊断。实验结果表明,提出的集合经验模态分解方法中加入白噪声准则,可避免人为确定分解参数,提高其分解效率。基于优化参数的集合经验模态分解结合奇异值分解的智能诊断方法比已有的基于经验模态分解结合自回归模型的诊断方法识别率高。

基于时间编码信号处理与识别的滚动轴承性能退化程度评估

滚动轴承是最常见的机械设备之一,对其进行性能退化评估是实现视情维修的基础。近年来滚动轴承监测技术已经取得了一定的成果,但找到一个能够对轴承故障进行早期预警且具有可信度高、高效率的监测系统是一大挑战。提出了一种基于时间编码信号处理与识别(TESPAR)的设备性能退化评估方法,并将其运用于滚动轴承不同故障程度实验与全寿命实验。结果表明:TESPAR分析不仅能准确分辨不同故障程度,且对轴承故障的变化具有敏感性。

基于萤火虫神经网络的轴承性能退化程度评估

准确评估轴承的性能退化程度是旋转机械预知维护的基础与关键,也是当前研究的新方向。提出了一种萤火虫神经网络方法,并首次应用于轴承性能退化程度的评估。利用萤火虫优化算法得到BP神经网络的最佳初始权值和阈值,提取功率谱熵、小波熵、盒维数、关联维数、峭度和偏度作为故障特征。算例结果表明,萤火虫优化算法提高了网络的预测精度,所提方法可准确评估滚动轴承的性能退化程度,验证了其在工程应用中的有效性与准确性。

基于经验模态分解和超球多类支持向量机的滚动轴承故障诊断方法

滚动轴承故障定位,特别是对其性能退化程度的诊断可以更有效地进行设备维护以降低停机率。提出了对滚动轴承不同故障位置及性能退化程度的非平稳振动信号进行特征提取和智能分类的故障诊断方法。该方法对各状态振动信号进行经验模态分解,得到一系列固有模态函数和一个残余分量。经验模态分解方法具有分解自适应性和分解唯一性。对每个固有模态函数建立自回归模型,分别采用Yule-Walker和Ulrych-Clayton两种方法求得模型参数和残差方差,并以此作为各类状态信号的特征矩阵,输入到改进的超球多类支持向量机分类器,判断滚动轴承故障位置及性能退化程度。实验结果表明,提出的方法可同时实现滚动轴承故障位置及性能退化程度的智能诊断,且基于经验模态分解结合自回归模型的Ulrych-Clayton参数估计进行特征提取的诊断方法识别率更高。

基于CFOA-MKHSVM的滚动轴承健康状态评估方法

为了更有效评估滚动轴承性能退化程度,提出一种混沌优化果蝇算法(CFOA)与多核超球体支持向量机(MKHSVM)相结合的滚动轴承健康状态定量评估方法。该方法针对滚动轴承各状态数据分布不均匀、单一核函数分类存在局限性的问题,提出利用多核核函数的凸组合来优化超球体支持向量机。为消除人为选择分类器多参数的盲目性、避免果蝇优化算法陷入局部最优,将果蝇算法与混沌理论相结合,对多参数进行寻优。同时构建混沌优化果蝇算法-多核超球体支持向量机(CFOAMKHSVM)模型,并提出归一化差别系数评估指标。通过实验研究,与支持向量数据描述(SVDD)算法评估指标进行对比,验证了所提指标的有效性,实现了滚动轴承健康状态的定量评估。

基于主曲线相似度的轴承健康状态评估方法

为了更有效地评估滚动轴承性能退化程度,提出了基于流形空间主曲线相似度的状态评估方法。首先,结合轴承振动信号自身特点,进行高维特征提取,利用流形学习算法拉普拉斯特征映射(Laplacian eigenmaps,简称LE)将原高维特征空间转换至低维空间;其次,利用软-K主曲线算法提取样本主曲线;最后,结合离散Frechet距离做出状态评估曲线。通过滚动轴承全寿命实验进行对比分析,所提方法相对隐马尔科夫链模型(hidden Markov model,简称HMM)、深度信念网络(deep belief networks,简称DBN)等方法,能更早地发现设备的早期故障,且可以对滚动轴承健康状态进行定量评估。