动态调整灰色关联分析方法在轴承早期退化在线识别中的应用

针对现有数据驱动型方法在滚动轴承早期退化识别中存在敏感度低、误警率高的问题,提出一种面向瞬态机械装备健康监测的动态调整灰色关联分析(DAGIA)方法。该方法首先采用希尔伯特(Hilbert)变换对滚动轴承振动数据进行幅度解调得到包络信号。为了削弱分辨系数取值的影响以凸显关联度值的区分程度,将可以表征轴承退化信息强弱的特征噪声能量比(FNER)指标引入传统灰色关联分析(TGIA)中动态调整分辨系数。然后,提取轴承运行初期的第一组数据作为参考数据,计算其余数据和参考数据的动态灰色关联度并构建轴承性能衰退指标。最后,根据正常样本并结合切比雪夫不等式设置控制线瞬态识别滚动轴承早期退化起始位置。利用IMS和XJTU-SY数据库完成对轴承早期退化瞬态识别,结果表明,所提方法可以瞬态识别轴承早期退化位置,误报警逼近于0,兼具敏感性和鲁棒性,有利于设备维护人员更好掌握滚动轴承的运行状态。

基于PEDCC性能退化指标及MCRNN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问题,提出一种基于相空间欧式距离相关性(phase Euclidean distance cross-correlation,PEDCC)指标和多通道卷积长短时记忆网络(multichannel convolutional neural long short term memory network,MCRNN)的状态识别方法。首先将正常轴承样本信号进行相空间重构,计算样本内重构后相邻数据之间的欧式距离,并将样本内的所有欧氏距离构成距离向量;然后利用互相关函数计算其余样本距离向量与正常样本距离向量之间的相关性,并将其作为轴承退化指标;最后利用所建立的PEDCC退化指标对轴承状态进行划分,将其输入到MCRNN网络中进行退化状态识别。其中MCRNN网络在不同通道中分别采取了不同卷积核,不同激活函数,以便于提取轴承振动信号的多尺度特征。通过轴承全寿命数据集对所提退化指标及网络模型的实用性进行验证,试验证明所提出的方法能更精确的实现轴承的退化状态识别。

基于FNER性能退化指标及IDRSN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问题,提出一种基于特征噪声能量比(Feature-to-noise energy ratio,FNER)指标及改进深度残差收缩网络(Improved deep residual shrinkage network,IDRSN)的滚动轴承寿命状态识别新方法。首先,将全寿命轴承信号进行希尔伯特(Hilbert)变换和快速傅里叶变换(Fast fourier transform,FFT)得到包络谱,根据故障特征频率及其倍频计算包络谱幅值的特征能量比(Feature energy ratio,FER);然后,根据自相关函数(Autocorrelation function,AF)得到包络信号的总能量,将故障特征能量和噪声能量的比值作为轴承性能退化指标,之后按照FNER指标曲线划分轴承寿命状态和实现样本标签化;随后,使用标签化样本训练引入了密集连接网络的IDRSN得到轴承寿命状态识别模型。为了提高抗干扰能力,将DropBlock层引入第一个大型卷积内核,在全局平均池化之前引入Dropout技术。最后,运用两个滚动轴承全寿命周期数据集验证FNER指标和IDRSN模型的实用性和有效性,结果表明所提方法能更准确地实现滚动轴承寿命状态识别。