基于正交邻域保持嵌入特征约简的故障诊断模型

提出一种基于正交邻域保持嵌入(orthogonal neighborhood preserving embedding,ONPE)特征约简的故障诊断模型。首先将原振动信号经验模式分解(empirical mode decomposition,EMD)并构造Shannon熵得到高维特征向量,再利用ONPE将高维特征向量约简为低维特征向量,并输入到最近邻分类器(k-nearest neighbors classifier,KNNC)中进行故障识别。本模型充分利用了EMD分解在故障特征提取、ONPE在信息压缩和KNNC在分类决策方面的优势,实现了旋转机械故障特征提取到故障诊断的全程自动化,并提高了诊断精度,为旋转机械故障诊断提供了一种新的模型分析方法。一个滚动轴承故障诊断实例验证了该模型的有效性。

基于正交邻域保持嵌入与多核相关向量机的滚动轴承早期故障诊断

针对滚动轴承早期故障特征微弱难以快速有效辨识的问题,提出一种基于正交邻域保持嵌入(ONPE)与多核相关向量机(RVM)的滚动轴承早期故障诊断方法。首先基于多域量化特征构造表征滚动轴承早期故障的多域特征向量,基于ONPE线性流形学习对多域特征向量进行约简降维处理,获取最能反映滚动轴承早期故障运行状态变化的低维敏感特征,随后将获取的低维敏感特征输入给多核RVM进行早期故障模式的分类辨识。通过分析滚动轴承早期故障的模拟实验数据表明,该方法对高维复杂的非线性早期故障特征具有良好的约简降维性能,而且比单一核函数RVM具有更好的诊断精度。

基于Schur分解和正交邻域保持嵌入算法的故障数据集降维方法

针对转子故障特征数据集降维问题,提出一种基于Schur分解和正交邻域保持嵌入算法的故障数据集降维方法——Schur-ONPE降维方法。该方法首先应用小波包分解提取不同频带内的能量以组成故障特征值集合,然后运用Schur分解和ONPE算法将高维特征集向低维投影,使降维后类内散度最小化及类间分离度最大化,最后将降维后得到的低维特征集输入K近邻分类器进行模式识别。通过双跨转子试验台的故障特征数据集进行验证,结果表明该方法能够有效地解决转子故障特征集的降维问题。

基于改进的有监督正交邻域保持嵌入的故障辨识

正交邻域保持嵌入(Orthogonal neighborhood preserving embedding,ONPE)是一种无监督的特征降维方法,且使用的是全局统一的邻域参数,在对高维故障特征集进行特征降维时,不能利用样本的类别标签信息和不能够根据样本空间分布的变化自适应调整邻域参数,使获得的低维特征仍出现混叠的情况。针对上述问题,提出了基于改进的有监督正交邻域保持嵌入(Improved supervised ONPE,IS-ONPE)特征降维的故障辨识方法。IS-ONPE利用样本的标签信息来调整样本点与点之间的距离以形成新的距离矩阵,通过新的距离矩阵进行邻域构建,同时利用局部集聚系数进行邻域参数的自适应调整,能够获得辨识度更高的低维特征。以低维特征作为支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的输入来实现故障辨识。齿轮的故障辨识结果表明,所提出的方法能够提高故障辨识效果,具有一定优势。

基于流形学习和K-最近邻分类器的旋转机械故障诊断方法

针对旋转机械故障诊断需人工干预、精度低、故障样本难以获取等问题,提出基于流形学习和K-最近邻分类器(KNNC)的故障诊断模型。提取振动信号多域信息熵以全面反映设备运行状态并构造高维特征集;利用正交邻域保持嵌入(ONPE)非线性流形学习算法的二次特征提取特性进行维数约简使特征具有更好的聚类特性;基于改进的更适用于小样本分类KNNC进行模式识别,用轴承故障诊断案例证明该模型的有效性。

动态增殖流形学习算法在机械故障诊断中的应用

针对现有的批量式流形学习算法无法利用已学习的流形结构实现新增样本的快速约简的缺点,提出增殖正交邻域保持嵌入(Incremental Orthogonal Neighborhood Preserving Embedding,IONPE)流形学习算法。该算法在正交邻域保持嵌入算法基础上利用分块处理思想实现新增样本子集的动态约简。从原始样本中选取部分重叠点合并至新增样本,对重叠点和新增样本子集不依赖原始样本使用正交邻域保持嵌入(ONPE)进行独立约简获取低维嵌入坐标子集,并基于重叠点坐标差值最小化原则,将新增样本低维嵌入坐标通过旋转平移缩放整合到原样本子集中。齿轮箱故障诊断案例证实了IONPE算法具有良好的增量学习能力,在继承ONPE优良聚类特性的同时有效提高了新增样本约简效率。

基于流形学习和隐Markov模型的故障诊断

为实现旋转机械故障诊断的自动化与高精度,提出基于正交邻域保持嵌入和连续隐Markov模型的模型诊断方法。将活动件故障振动信号进行经验模式分解并构造Shannon熵得到高维特征向量,利用正交邻域保持嵌入将高维特征向量约简为低维特征向量,并输入到各个状态连续隐Markov链进行旋转机械的故障模式识别。通过深沟球轴承故障诊断实例验证了该模型的有效性。

基于动态MDONPE算法的间歇过程故障检测

针对间歇过程数据存在的非线性和动态特性导致故障检测效果不佳的问题,提出一种基于滑动窗(sliding window,SW)的多向差分正交邻域保持嵌入(multiway differential orthogonal neighborhood preserving embedded,MDONPE)算法.首先对间歇过程数据进行预处理,找到样本的最近邻,将样本与最近邻进行差分运算;然后对NPE算法进行投影向量正交化得到具有正交约束的正交邻域保持嵌入算法,利用正交邻域保持嵌入算法进行降维和特征提取,进一步利用滑动窗策略,选择合适的窗口宽度,合并窗口内的采样数据,使得故障样本的特征更加明显;最后通过检测T^(2)和SPE统计量判断是否发生故障.利用青霉素发酵仿真过程数据并与MPCA、KNPE算法进行对比验证,结果显示SW-MDONPE算法在故障检测中对比其他算法有更好的检测效果.