基于VMD-MDE和ELM的柱塞泵微弱故障诊断

针对早期微弱故障信号易受噪声干扰、难以提取和识别的问题,提出一种基于变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)多尺度散布熵(multiscale dispersion entropy,简称MDE)和极限学习机(extreme learning machine,简称ELM)的柱塞泵微弱故障诊断方法。首先,采集各状态的振动信号进行VMD分解,得到若干模态分量,根据各模态分量Hilbert包络谱中特征频率能量贡献率大小,提出以归一化特征能量占比(feature energy ratio,简称FER)为重构准则的变分模态分解特征能量重构法(variational mode decomposition feature-energyreconsitution,简称VMDF),对各模态分量进行信号重构;其次,计算重构信号的MDE,对各尺度散布熵进行分析,选择有效尺度散布熵作为特征向量;最后,将提取的特征向量输入ELM完成故障模式识别。柱塞泵不同程度滑靴端面磨损故障的实验结果表明,该方法不仅提高了模式识别效率,还可以更好地反映故障程度变化规律,具有较好的应用性。

基于VMD-MDE的柱塞泵磨损故障诊断研究

通过变分模态分解特征能量重构法(VMD)来实现对故障进行分析时,存在准确性不高的问题,针对这一问题,提出了一种通过变分模态分解特征能量重构法(VMD)和多尺度散布熵实现的柱塞泵滑靴磨损故障诊断方法。首先,对原始信号先进行了VMD分解,获得了能量余量;然后,设计了一种建立在特征能量占比(FER)基础上的变分模态分解特征能量重构法(VMD)和多尺度散布熵(MDE)的方法;最后,以柱塞泵故障诊断为研究对象,通过仿真分析方法,依次对柱塞泵在正常状态与滑靴端面磨损为0.1 mm、0.2 mm、0.3 mm状态下的情况进行了分析。仿真及研究结果表明:在逐渐增加时间尺度的过程中,粗粒化序列的随机性和复杂性都明显下降;故障程度增大后,形成了更加规律的变化过程;与DE、MSE和MFE相比,该方法的计算速度更快,分离效果更好;ELM相对SVM的训练时间缩短了12.5%,同时测试精度提升了17%;相对于其他方法,采用该方法诊断柱塞泵滑靴磨损故障时获得了更快的分类速率与更高的准确性,提高了故障诊断效率。

IMRPE和AO-SVM在往复压缩机故障识别中的应用

针对常规故障诊断方法不适用于提取往复压缩机声音信号的故障特征,导致往复压缩机的故障识别精度不高的问题,提出了基于改进多尺度反向排列熵(IMRPE)、t-分布邻域嵌入(t-SNE)和天鹰优化器(AO)优化支持向量机(SVM)的往复压缩机故障诊断方法。首先,采用具有优异特征表达性能的IMRPE方法来提取往复压缩机声音信号的故障信息,构建了反映样本故障特征属性的故障特征向量;然后,利用t-SNE方法对故障特征进行了特征降维处理,以降低故障特征维数和去除冗余特征,从而获得了低维的敏感特征;最后,利用AO方法对SVM的惩罚系数和核参数进行了自适应搜索,从而建立了结构参数最优的分类器,并将低维的敏感故障特征输入至AO-SVM分类器中,进行了训练和分类,依据测试样本的输出标签完成了样本的故障识别;以往复压缩机声音信号故障数据为对象开展了研究,并评估了IMRPE-t-SNE-AO-SVM方法的有效性和稳定性。研究结果表明:IMRPE-t-SNE-AO-SVM方法的故障识别精度达到了97%,不仅能够用于准确且稳定地识别往复压缩机的故障类型,提高故障识别的精度,而且在准确率和稳定性方面优于其它对比方法。

基于集成精细复合多元多尺度模糊熵的齿轮箱故障诊断

针对齿轮箱故障信号具有非线性和非平稳性的特点,且目前的方法对其特征提取不够充分这一问题,对不同形式粗粒化方法的集成、多通道信号处理方法在模糊熵算法上的应用进行了研究,提出了一种新的特征提取方法,即集成精细复合多元多尺度模糊熵(ERCmvMFE)算法,在此基础上,结合t分布随机邻域嵌入(t-SNE)和人工鱼群算法优化的核极限学习机(AFSA-KELM),提出了一种新的齿轮箱故障综合诊断方法。首先,采用多种形式粗粒化方法的集成方法以及多通道信号处理方法,对模糊熵算法进行了改进,并进行了齿轮箱故障的初始特征提取;然后,通过t-SNE压缩原始故障特征,实现了维数的约简,并将低维故障特征输入至AFSA-KELM中进行了故障的分类识别;最后,为了对ERCmvMFE方法的特征提取性能进行测试,采用QPZZ-II旋转机械故障模拟测试平台进行了相关的实验。实验结果表明:采用新的齿轮箱故障综合诊断方法能够对不同类型的齿轮箱故障进行可靠诊断,对齿轮箱5种工况下的20次识别实验中,获得的平均准确率可达98.92%,标准差为0.956,识别准确率和稳定性均优于其他对比方法。研究结果表明:采用ERCmvMFE算法能够更充分地提取出齿轮箱的故障特征,因此,基于该特征提取方法的故障诊断方法具有更高的齿轮箱故障识别准确率。

弹性搅拌桨强化液-液两相混沌混合及液滴分散特性的研究

传统的混合澄清槽一般采用刚性搅拌桨来实现液-液两相的混合萃取,普遍存在效率低、能耗高等问题。将一种弹性搅拌桨应用在混合澄清槽中,以强化液-液两相混沌混合及分散特性。以最大Lyapunov指数(LLE)和多尺度熵(MSE)表征体系混沌状态,以分散相液滴粒径分布、Sauter平均粒径(D32)等表征分散效果,分别研究了桨叶类型(弹性搅拌桨、刚柔组合桨及刚性桨)、弹簧长度、线径、外径等因素对混沌混合效果和分散特性的影响。结果表明,相比较刚性搅拌桨和刚柔组合搅拌桨,弹性搅拌桨通过弹簧的形变和储能作用,强化了搅拌能量的传递方式,提高了分散相的分散效果,有利于液液两相的混沌混合,在搅拌转速N=200 r/min、弹簧线径为0.6 mm、弹簧相对长度为1.2、弹簧外径为7 mm时,弹性搅拌桨体系的LLE和MSE更大,且MSE值波动最强;同时,各搅拌体系内分散相平均粒径D32与转速呈对数线性关系,弹性搅拌桨体系内分散相液滴尺寸更小且数量更多。

地震与爆破波形信号的EEMD多尺度分布熵提取和WOA-SOM神经网络识别研究

针对地震信号中存在大量环境噪声的问题,基于天然地震事件和人工爆破事件建立初始数据集,利用集合经验模态分解(EEMD)技术对波形信号进行分解、降噪,提取出较纯净的各阶本征模态函数(IMF)分量,然后对前10阶分量分别计算分布熵,即EEMD多尺度分布熵,建立神经网络输入矩阵。应用鲸鱼优化算法(WOA)对自组织特征映射(SOM)神经网络参数(竞争层维数、网络训练次数)进行优化,针对不同训练样本寻找对应的最优参数值以改善模式识别的稳定性,从而提高地震识别率。结果表明,EEMD多尺度分布熵结合WOA-SOM模型可有效识别天然地震和人工地震。