基于多元精细复合多尺度波动散布熵和累积欧氏距离矩阵测度的风电机组变桨轴承退化状态评估

针对风电机组变桨轴承服役过程环境噪声干扰严重、退化状态评估精度低的问题,提出一种基于多元精细复合多尺度波动散布熵和累积欧氏距离矩阵测度的退化状态评估模型。该模型将监测数据状态特征获取过程由单通道拓展为多通道进行,通过提出的多元精细复合多尺度波动散布熵算法来获取多通道监测数据的多尺度状态特征,并将累积和检验算法与欧氏距离矩阵测度方法相结合,用于定量衡量基准样本与待分析样本间的差异,从而实现变桨轴承退化状态评估。风电机组变桨轴承全寿命周期加速疲劳实验验证结果表明:该模型能够及时捕捉到变桨轴承的初始退化时刻并且准确跟踪整个退化过程。

基于时移多尺度波动散布熵和改进核极限学习机的水电机组故障诊断

水电在能源供给结构改革中承担重要角色,随着风、光、潮汐等新型能源的不断接入,水电机组的负荷运行范围不断加宽,导致水电机组发生事故的概率增加,因此,开展水电机组智能故障诊断研究具有十分重要的现实意义。本文针对水电机组振动信号中蕴含大量噪声信号,干扰故障诊断的问题,提出一种时移多尺度波动散布熵和改进核极限学习机相结合的水电机组故障诊断方法。首先,结合信息熵理论与时移思想,在多尺度波动散布熵的基础上,采用时移理论替代多尺度波动散布熵(MFDE)中传统的粗粒化过程,提出时移多尺度波动散布熵(TSMFDE),通过仿真实验,证明所提方法具有良好的时序长度鲁棒性、抗噪性及特征提取能力,解决了传统多尺度熵粗粒化不足的问题。然后,利用具有可移植性强、寻优能力强和收敛速度快等特征的算术优化算法(AOA)对核极限学习机(KELM)的正则化参数和核函数参数进行寻优,建立AOA-KELM分类器,解决了KELM超参数难以调节的问题。最终,通过转子试验台模拟实验,将TSMFDE提取的特征输入分类器中,完成模式识别工作。仿真结果表明,所提模型取得最高的诊断精度,达到了100.0%,相对于其他流行模型,本文所提模型展现了明显的优势,验证了所提模型的良好诊断精度。

基于CMMFDE与多传感器信息融合的旋转机械故障诊断研究

采用单一传感器采集的振动信号难以准确描述旋转机械动态特性,导致提取的故障特征无法准确辨识旋转机械故障。针对这一缺陷,提出了一种基于复合多元多尺度波动散布熵(CMMFDE)、多传感器信息融合和哈里斯鹰算法优化极限学习机(HHO-ELM)的旋转机械故障诊断方法。首先,引入复合多元粗粒化处理,提出了CMMFDE方法,避免了传统单变量分析方法只能处理单一通道振动信号而导致特征的表征性能不足的缺陷,增强了故障特征的表征性能;随后,利用布置在旋转机械不同部位的传感器收集了多种类型的信号,组成混合多通道信号,并进行了CMMFDE分析,构建了故障特征;最后,采用HHO对极限学习机的参数进行了自适应优化,并对特征样本进行了训练和测试,完成了旋转机械的故障识别工作;利用齿轮箱、离心泵两种典型的旋转机械数据集进行了实验分析。研究结果表明:该方法对多个通道的信号进行分析时,所获得的准确率达到了100%和98%,优于对单个通道信号进行分析时获得的准确率,同时CMMFDE方法的准确率和特征提取时间均优于精细复合多元多尺度熵(RCMMSE)、精细复合多元多尺度模糊熵(RCMMFE)、精细复合多元多尺度排列熵(RCMMPE)、多元多尺度波动散布熵(MMFDE)。

基于SORT映射的IRCMFDE在旋转机械故障诊断中的应用

针对旋转机械振动信号的强非线性和非平稳性,导致故障特征提取困难的问题,提出了一种基于SORT映射的改进精细复合多尺度波动散布熵(IRCMFDE)和蝙蝠算法优化的相关向量机(BA-RVM)的旋转机械故障诊断方法。首先,利用SORT映射函数替换了精细复合多尺度波动散布熵(RCMFDE)方法的正态累积分布函数,同时对RCMFDE方法的粗粒化方式进行了改进,提出了基于SORT映射的IRCMFDE方法;随后,利用IRCMFDE方法提取了旋转机械振动信号的故障特征,构造了故障特征集;最后,采用BA-RVM分类器对旋转机械的故障类型进行了智能化的识别和分类;将基于IRCMFDE和BA-RVM的故障诊断方法应用于滚动轴承、离心泵和齿轮箱的实验数据分析,并将其与现有故障诊断方法进行了对比分析。研究结果表明:基于IRCMFDE和BA-RVM的故障诊断方法能够有效地识别旋转机械的故障状态,识别准确率分别达到了100%、98%和99%,相比基于RCMFDE、精细复合多尺度熵、精细复合多尺度模糊熵、精细复合多尺度排列熵和精细复合多尺度散布熵的故障特征提取方法,该故障诊断方法的效率和平均识别准确率均优于对比方法,其更适合应用于旋转机械的在线实时故障监测。

基于置信规则库的汽车视镜系统声音信号故障诊断

考虑到声音信号非接触、获取方便的优势,提出了一种基于置信规则库(Belief Rule Base, BRB)的汽车视镜系统声音信号故障诊断方法。首先,采用多尺度散布熵(Multiscale Dispersion Entropy, MDE)来提取视镜系统声音信号特征;然后,融合提取的特征及专家知识建立BRB故障诊断模型;之后,采用协方差矩阵适应进化策略优化算法(Projection Covariance Matrix Adaptive Evolutionary Strategy, P-CMA-ES)对BRB中专家给定的初始参数进行优化,提高模型精度;最后,利用某型汽车视镜系统耐久试验过程的声音信号监测数据验证了所提方法的有效性和准确性。

基于SSA-VMD的气阀信号故障特征提取方法研究

为了解决VMD算法因人为预设分解层数K及惩罚因子α两个参数而导致的信号过分解和欠分解的问题,提出了一种基于SSA-VMD的隔膜压缩机气阀故障特征提取方法。该方法以各分量的最小包络熵作为适应度函数,对VMD进行参数优化。将SSA-VMD方法与原始VMD方法进行对比分析,分别计算两种分解方法各分量的多尺度散布熵(MDE)值,选取合适的熵值作为特征向量,利用随机森林算法进行故障的分类识别,从而实现对隔膜压缩机气阀各类故障的诊断。研究结果表明:使用原始VMD方法分解后的数据,故障识别的平均准确率为90.63%,而利用SSA-VMD方法故障识别的平均准确率高达99.32%。该结果表明使用SSA-VMD方法分解信号,故障诊断的准确率明显提高。

基于RCMDE与极限学习机的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承故障信号识别率低的情况,提出一种基于精细复合多尺度离散熵(RCMDE)与极限学习机(ELM)的故障诊断方法。首先,从原始振动信号中提取20个尺度的精细复合多尺度离散熵并以此构建故障特征集,然后利用ELM对其进行故障种类识别。通过凯斯西储大学的轴承数据验证提出方法的有效性,最后将提出方法与MPE-ELM进行对比。对比结果说明提出的故障诊断方法具有更高的分类精度。

基于精细复合多尺度散布熵与XGBoost的海面小目标检测方法

针对传统海面漂浮小目标的特征检测方法难以有效提取目标特征的问题,提出了一种基于RCMDE-XGBoost海面小目标检测方法。利用变分模态分解对信号进行去噪预处理,通过精细复合多尺度散布熵提取目标的多尺度特征,构建多维度特征矩阵,输入XGBoost网络进行特征分类,通过模型训练,实现海面小目标检测。利用IPIX雷达实测数据库,在#54、#311、#320海情HV极化方式下检测率分别达到了93.33%、92.38%、95%,相较于图连通密度检测法平均提升12%,证明了RCMDE-XGBoost检测方法有效。

基于声振信号融合的IRCMMDE离心泵损伤检测方法

离心泵早期的损伤特征比较微弱,难以有效提取其故障特征。针对这一问题,提出了一种基于声振信号融合的改进精细复合多元多尺度散布熵(IRCMMDE)和GWO-SVM的离心泵损伤检测方法。首先,利用多个传感器收集了离心泵在不同损伤状态下的声音和振动信号,并将声音和振动信号进行了融合,以充分利用不同类型信号中所蕴含的损伤特征信息;随后,针对多元多尺度散布熵(MMDE)不稳定的缺陷,对MMDE的粗粒化处理进行了优化,提出了改进精细复合多元多尺度散布熵(IRCMMDE)的复杂性测量指标;接着,利用IRCMMDE对声振融合信号进行了损伤特征提取,构建了各个损伤状态下的特征矩阵;最后,利用灰狼算法优化的支持向量机分类器,对各个损伤状态下的特征矩阵进行了识别,得到了最终的离心泵损伤检测结论。研究结果表明:采用基于声振信号融合的离心泵损伤检测方法,其最高可达到99.2%的故障识别准确率,相比于基于MMDE和RCMMDE的损伤检测方法,其能够更准确地识别出离心泵的损伤;该方法还能有效缓解单一信号检测时的不确定性,并且在多次实验验证下,其仍具有很高的检测精度。

基于HTMFDE以及ICNN的滚动轴承寿命状态识别方法

针对滚动轴承退化性能难以评估、寿命状态难以识别的难题,提出一种结合层次时移多尺度波动散布熵(Hierarchical Time-shifted Multiscale Fluctuation Dispersion Entropy,HTMFDE)、JRD距离(Jensen-Renyi divergence,JRD)以及改进卷积神经网络(Improved convolution neural network,ICNN)的轴承寿命状态识别新方法。首先,在传统多尺度波动散布熵的基础上,将传统均值粗粒化过程替换为改进的时移粗粒化过程,以解决传统均值粗粒化导致信号幅值特征丢失的问题。同时引入层次分解理论,克服多尺度分析方法不能全面提取不同频段故障特征的不足,得到最终的HTMFDE。之后利用HTMFDE方法提取滚动轴承信号的多维状态特征量,并进行归一化形成一组概率分布,计算轴承正常信号与故障信号之间的JRD距离作为性能退化指标。其次,根据构建的JRD性能退化曲线,划分轴承寿命状态并制作数据集,通过标签化的样本训练具有双层多尺度特征提取层的卷积神经网络,建立滚动轴承寿命状态识别模型。为了加快模型的收敛速度,对每层卷积进行批量归一化操作,同时采用全局池化代替全连接层以提升模型的训练效率。最后,在2组不同的轴承数据集上进行实验。实验结果表明,根据HTMFDE构建的JRD性能退化曲线能够精准地识别轴承性能退化起始点以及刻画轴承的退化趋势,所提出的ICNN模型在SNR=0~10 dB环境中平均识别正确率为98.5%,能够准确地识别轴承寿命状态,验证了所提方法的实用性以及有效性。

改进蝙蝠算法优化支持向量机的故障诊断方法

提出了一种基于变分模态分解(VMD)和时移多尺度散布熵(TSMDE)的故障特征提取结合改进的蝙蝠算法(IBA)来优化支持向量机(SVM)的滚动轴承故障诊断方法。通过变分模态分解,避免了模式混叠问题,提取各模态分量的散布熵构造故障特征向量,作为故障诊断模型的输入;提出了一种新的自适应速度权重因子用于构建改进的蝙蝠算法以优化支持向量机(IBA-SVM),实现了对不同故障类型的轴承进行分类;利用实验数据对提出的诊断方法进行验证,并与用粒子群算法(PSO)优化支持向量机(PSO-SVM)的诊断方法进行对比。结果表明所提出的方法分类准确率更高,用时更少。

基于RCMDE和PNN的传动箱轴承故障诊断

针对玉米收获机传动箱滚动轴承运行状态识别问题,提出了一种基于精细复合多尺度散布熵(RCMDE)和概率神经网络(PNN)的故障识别新方法。首先,对拾取的信号进行RCMDE分析,提取故障特征向量;然后,将特征向量输入PNN分类器进行训练和测试;最终识别出轴承故障状态和程度。传动箱轴承试验数据分析结果表明:文中方法能有效识别出轴承的不同故障状态及损伤程度,故障识别率达到99.29%,与多尺度样本熵(MSE)相比识别率更高,对农机轴承的故障诊断具有一定应用价值。

基于变分模态分解和精细复合多尺度均值散布熵的轴承故障诊断

为充分提取非线性、非平稳的轴承故障信号特征信息,进而提高轴承故障诊断精度,提出了一种基于变分模态分解(VMD)和精细复合多尺度均值散布熵(RCMMDE)的轴承故障诊断方法(算法)。首先,使用VMD将轴承故障振动信号分解为了多个模态分量,通过评估原信号与模态分量信号的互相关程度,筛选了其有效模态,并对其进行了信号重构,实现了故障信号的降噪处理目的;然后,使用精细复合均值化代替了传统粗粒化方法,利用RCMMDE方法提取了重构信号的多尺度熵值,构成了特征样本集;最后,通过鲸鱼算法(WOA)对支持向量机(SVM)进行了超参数寻优,构建了最优的故障检测模型,并将特征样本集输入到WOA-SVM模型中进行了轴承故障诊断,并通过实验评估验证了模型的有效性。研究结果表明:该模型准确率达到99.67%,精确率、召回率等各项性能指标均在99%以上,并具有很强的鲁棒性。

基于精细复合多尺度散布熵的墙体内管道敲击探测方法

为了提高墙体内管道敲击探测的准确率,本文采用精细复合多尺度散布熵检测敲击声音信号的频率和幅值的变化,提取信号中的多尺度管道特征;将构建的多维度管道特征矩阵输入到支持向量机中,使用麻雀搜索算法确定支持向量机参数最优值,通过模型训练,完成墙内埋设管道有无的分类,提出了基于精细复合多尺度散布熵的墙体内管道敲击探测方法。将此方法与其它信号处理方法进行对比分析,结果证明,本文所提方法探测准确率高达97%,远远高于其他两种方法。

基于改进时域多尺度散布熵与支持向量机的转辙机故障诊断

为充分挖掘转辙机振动信号的有效故障信息,提高故障诊断准确率,提出了一种基于集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)、改进时域多尺度散布熵(Improved Time-domain Multiscale Dispersion Entropy,TMDE)与粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization algorithm,PSO)优化支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的故障诊断方法 .首先,通过EEMD方法将不同故障类型的振动信号分解成若干个模态函数(Intrinsic Mode Functions,IMFs);其次,采用相关系数与峭度的混合筛选准则筛选IMFs并重构信号;再次,应用所提ITMDE算法提取重构信号的多尺度故障特征;最后将得到的特征向量输入经PSO搜索最优参数后的SVM进行训练和测试.实验分类准确率为100%,分析表明所提方法优于传统的多尺度排列熵、多尺度散布熵的故障诊断方法,能精确地识别转辙机故障类型.

基于混合特征提取和PSO-ELM的电机故障诊断

针对单一特征提取方法无法有效提取电机故障特征,提出了一种基于混合特征提取与粒子群优化极限学习机(PSO-ELM)相结合的电机故障诊断方法。通过搭建电机故障实验平台,获取三相异步电机不同状态振动信号,利用变分模态分解(VMD)获取反映信号能量分布特点的能量占比和能量熵特征,并与反映时间序列不同尺度复杂程度的多尺度散布熵(MDE)特征组成混合特征向量,使用PSO-ELM完成电机不同状态的识别。结果表明,所提方法20次测试的平均识别率为98.92%,能有效提取电机故障特征。

采用滑动平均多元多尺度色散熵的液压泵故障诊断方法

为了提高色散熵的信息提取能力,在兼顾计算效率和效果的前提下,引入多维嵌入重构理论,借鉴滑动平均的思想,更新了传统多尺度算法的粗粒化方式,提出了滑动平均多元多尺度色散熵(moving average multivariate multiscale dispersion entropy,MA_mvMDE)用以提取液压泵故障特征。首先,利用均匀相位经验模态分解(uniform phase empirical mode decomposition,UPEMD)将振动信号分解为多个本征模态分量(intrinsic mode functions,IMF),再采用相关系数法筛选敏感分量,将包含大量故障信息的模态分量作为多通道数据计算其MA_mvMDE值来提取故障特征。接着,采用MCFS方法选择故障敏感特征实现降维。最后,通过随机森林分类器完成故障识别。采用液压泵故障振动数据验证了该方法能够准确诊断不同类型和不同程度的故障。

基于变分模态分解的癫痫脑电信号分类方法

癫痫是一种常见的脑部疾病,通过脑电图能非侵入地定位人脑中的致痫区域.为了辨别病灶性和非病灶性癫痫脑电信号,文章提出一种基于变分模态分解的癫痫脑电信号自动检测方法,首先将原信号分割成多个子信号,并对各子信号进行变分模态分解,然后从分解后的不同变分模态函数中提取精细复合多尺度散布熵和精细复合多尺度模糊熵两个特征并利用支持向量机进行分类.针对癫痫脑电的公共数据集,最终的实验结果表明,准确率、灵敏度和特异度三个性能指标分别达到94.24%,95.58%和90.64%,ROC曲线下面积达0.978.

精细复合多尺度波动散布熵在液压泵故障诊断中的应用

液压泵振动信号具有非线性、非平稳性的特点,熵算法在该类信号分析方面有着独到的优势,但传统的熵算法在液压泵振动信号特征提取中有计算速度慢、熵值不准确、不稳定等不足,为了更有效地提取故障特征信息并提高故障诊断准确性,将精细复合多尺度波动散布熵(refined composite multiscale fluctuation dispersion entropy,RCMFDE)引入到液压泵的故障特征提取中,提出了一种基于RCMFDE和粒子群优化支持向量机结合的液压泵故障诊断方法。计算不同故障振动信号的RCMFDE,并选取合适尺度下的多个RCMFDE值作为特征向量形成特征样本,输入粒子群优化支持向量机中进行故障分类识别。通过仿真信号和液压泵故障实测信号进行分析,并将所提出的方法与基于多尺度样本熵(multiscale sample entropy,MSE)、多尺度排列熵(multiscale permutation entropy,MPE)、多尺度符号动态熵(multiscale symbolic dynamic entropy,MSDE)、多尺度散布熵(multiscale dispersion entropy,MDE)、精细复合多尺度散布熵(refined composite multiscale dispersion entropy,RCMDE)、多尺度波动散布熵(multiscale fluctuation dispersion entropy,MFDE)的故障特征提取方法进行对比。试验结果表明,该方法能够更加准确地识别多类液压泵故障并能对液压泵性能退化程度进行有效评估。

基于变分模态分解与精细复合多尺度散布熵的发电机匝间短路故障诊断

针对多极发电机匝间短路故障诊断与识别难度高的问题,提出了变分模态分解与精细复合多尺度散布熵结合的方法处理发电机定子振动信号。所提方法应用变分模态分解将原始信号分解为多个模态分量,并依据峭度和相关系数原则选取2个不同分量进行信号的重构,应用精细复合多尺度散布熵来进行重构信号的分类及故障识别。对3对极发电机匝间短路故障前、后定子振动数据的处理效果表明,所提方法可以对发电机匝间短路故障进行有效识别与诊断,与其他多尺度熵方法相比具有一定优越性。