基于多层超限学习机的滚动轴承故障诊断方法

针对目前轴承故障诊断领域存在的海量数据问题及快速学习、实时监测的诊断要求,采用一种多层超限学习机方法对滚动轴承故障数据进行诊断测试。该方法直接学习轴承故障振动时域信号,与传统诊断方法相比,省去了复杂的信号处理过程,更加简便。将多层超限学习机方法的诊断结果分别与单层超限学习机、深度神经网络方法的诊断结果进行比较,多层超限学习机具有明显优势:(1)与单层超限学习机相比,多层超限学习机具有更好地学习和特征提取能力,其诊断准确率可达到98.29%;(2)与深度神经网络相比,多层超限学习机能够在保证较高诊断准确率的前提下,获得较快的训练速度,其训练速度较深度神经网络提高了41倍。结果表明,所采用的方法在滚动轴承故障诊断方面具有很好的效果和应用价值。     

变负载轴承故障诊断卷积神经网络模型

针对轴承故障在实际环境中存在负载变化导致故障难以诊断的问题,提出一种基于一维卷积神经网络的变负载适应轴承故障诊断模型,卷积结构使用小卷积核卷积层堆叠的形式,训练时对输入层进行均匀分布失活率的随机失活,以提高网络的变负载适应能力,且采用全局平均池化降低模型计算量和减轻过拟合程度;在实验验证阶段,提出以两种近邻负载条件的轴承数据构成变负载数据集,充分验证轴承故障诊断的变负载适应性。实验结果表明:本文模型在各测试集均能达到96%以上的准确率且平均准确率达到98.36%,能够在变负载环境下实现准确、稳定的轴承故障诊断,具有良好的泛化能力。     

基于改进卷积神经网络CNND的电主轴轴承故障诊断方法

目的解决深度学习方法在建立电主轴轴承故障诊断模型时出现的过拟合现象,提高电主轴轴承故障诊断准确率.方法提出一种基于改进卷积神经网络的诊断方法 ,该方法在卷积神经网络的训练过程中融入Dropout优化方法 ,使整个故障诊断模型按照一定的比例随机"关闭"隐藏层中的神经元,减少模型在每一次训练过程中所需要调整的参数数量.结果将Dropout优化方法与卷积神经网络相结合所建立的电主轴轴承故障诊断模型是可行的,其平均诊断准确率能够达到99.012%,远高于基于CNN、CNN+L2和BPNN这3种神经网络诊断方法的诊断准确率.卷积神经网络方法相比于传统的"基于信号处理提取到的特征和机器学习模型"方法 ,更适用于电主轴轴承故障诊断.结论提出的CNND方法实现了卷积神经网络与Dropout优化方法的有机结合,对原始数据进行降维处理使模型学习到的特征更利于电主轴故障的分类,同时根据故障数据的特点确定相关参数的初始值,克服一般深度学习方法在进行电主轴故障诊断时出现的过拟合现象,提高诊断准确率.     

基于卷积脉冲神经网络的故障诊断方法研究

深度学习为轴承故障诊断的智能化发展提供了新思路。本文从类脑计算角度出发，设计一种对轴承数据敏感的脉冲神经网络来完成故障数据分类任务。首先采用信号分解的方式提高原始信号特征提取效果，然后对故障信号进行脉冲编码，并采用多分量混合输入方式填充时间步作为神经网络的输入，最后采用卷积脉冲神经网络(SCNN)进行故障分类。为了验证该模型的分类效果，采用西储大学轴承数据集进行验证，分类准确率达到了99.78%。结果表明该轴承数据编码方案可以充分发挥脉冲神经网络时空动力学特征，且该脉冲神经网络模型在轴承故障诊断问题上具有高精度、高效率的特性。本研究有利于促进脉冲神经网络在故障诊断领域的研究和应用。     

电机滚动轴承故障诊断的多信息源数据融合方法

在电机滚动轴承的故障诊断领域中,由于电机运行环境的复杂性,以及目前大多数故障诊断依然是基于单参数进行,如振动、温度及电流等所能携带的故障特征进行诊断,所以不确定性因素及不确定信息也充斥其间,从而致使故障诊断的准确率较低。分析了传统故障诊断系统的弊端,并介绍了多信息源数据融合诊断系统的结构及其在故障诊断应用中的优势,并通过实例分析,采用3个独立传感器对轴承故障信号采集,并通过经验模态方法对信号处理得到故障特征向量,最后应用BP神经网络和D-S证据理论进行故障识别。每使用一次D-S证据理论的合成,均会提高故障诊断的准确率,进一步说明多信息源数据融合故障诊断系统的的可行性及有效性。     

基于FSK-CNN的轴承故障诊断研究

在旋转机械设备的运维保障过程中，采用基于专家经验的传统故障检测方法难以对轴承的健康状态做出实时的状态检测。针对这一问题，本文提出一种基于快速谱峭度与卷积神经网络（FSK-CNN）的故障诊断方法。首先采用快速谱峭度（FSK）法对振动信号进行特征提取，将一维时域信号转化为二维的谱峭度图；之后，采用一种结合卷积注意力模块（CBAM）的卷积神经网络模型完成故障分类。试验结果表明，快速谱峭度法可以有效提取轴承振动信号故障特征，引入卷积注意力模块对传统卷积神经网络模型具有明显的优化作用，FSK-CNN的故障诊断方法对于10种不同的轴承故障类型的诊断准确率可以达到99%。     

基于信息融合技术的电机故障诊断

为了能够从多方面反映电机系统状态，实现对电机故障模式的自动识别与准确诊断，将数据融合技术与神经网络相结合，建立电机故障诊断系统。在数据融合级上，将故障特征量进行分类处理，然后采用多层神经网络进行故障特征级融合与电机故障的局部诊断，获得彼此独立的证据，再运用D-S（Dempser Shafer）证据理论融合算法对各证据进行融合，最终实现对电机故障的准确诊断。诊断测试试验证明，该诊断系统提高了电机故障诊断的精度，并能满足诊断的实时性要求。     

基于信息融合技术的电机故障诊断

为了能够从多方面反映电机系统状态,实现对电机故障模式的自动识别与准确诊断,将信息融合技术与神经网络相结合,建立电机故障诊断系统。在数据融合级上,将故障特征量进行分类处理,然后,采用多层神经网络进行故障特征级融合与电机故障的局部诊断,获得彼此独立的证据,再运用DempserShafer(D-S)证据理论融合算法对各证据进行融合,最终,实现对电机故障的准确诊断。诊断测试试验证明:该诊断系统提高了电机故障诊断的精度,并能满足诊断的实时性要求。     

基于DSP的交流电机故障诊断

交流异步电机是广泛使用的能量转换装置.对鼠笼异步电动机的常见故障进行分析及诊断,提高电机故障的监测诊断水平,具有重大实用价值.本文应用小波包-神经网络算法实现了基于DSP的交流电机故障诊断.利用小波包分解算法提取出电机故障特征向量,并针对轴承和偏心故障特征,提出对数故障特征向量的算法.将故障特征输入基于任务分解的神经网络,实现基于DSP的电机定子、偏心以及轴承故障诊断.     

基于WGAN和CNN的轴承故障诊断研究

轴承作为机械系统的关键部件,可以解析出整个机械系统的故障信息和健康状态,提出一种基于改进生成对抗网络和卷积神经网络的轴承故障诊断方法.首先通过小波变换将一维轴承振动数据转换为二维时频图像数据;然后经设计的改进生成对抗网络训练轴承的二维图像数据,将达到纳什平衡后生成的数据补充到原始数据中增加轴承样本数据;最后将扩充完成的数据集输入卷积神经网络进行训练.测试结果显示轴承故障诊断平均准确率达94%,验证了故障数据不充足时该方法用于轴承故障诊断的可行性.     

SVM与PSO相结合的电机轴承故障诊断

针对电机轴承故障问题,提出一种基于支持向量机(SVM,support vector machine)与粒子群优化(PSO,particle swarm optimization)相结合的电机轴承故障诊断方法。结合振动信号的时域与小波包能量特征,使表征振动信号的特征具有较好的可靠性和敏感性,提高了故障的诊断准确率。采用PSO算法对SVM的惩罚参数和径向基核函数参数进行寻优,并与其它参数寻优算法进行比较分析。实验表明,研究提出的轴承故障诊断方法不仅对电机轴承的外圈故障、内圈故障和滚珠故障有很好的识别效果,而且还对每一类故障的严重程度有较好的区分,具有较强的实用性。     

采用多通道样本和深度卷积神经网络的轴承故障诊断方法

提出了一种新的多通道样本构造方法,结合深度卷积神经网络来提高轴承故障诊断的效果。首先采用连续小波变换,分别提取了转子两端轴承振动信号的时频域特征,基于所得结果分别构造了针对两端轴承的单通道二维图形样本,并取上述两类单通道样本的均值构造了第3类单通道样本;将得到的3类单通道样本融合,得到用于故障诊断的三通道样本;建立不同结构的深度卷积神经网络,分别采用单通道样本和三通道样本对滚动轴承故障类型和故障严重程度进行诊断,并将所得结果进行对比分析。结果表明:在多种不同网络结构下,基于三通道样本的轴承故障诊断准确率均明显优于单通道样本,证明了提出的多通道样本构造方法在轴承故障诊断中有着更好的效果,可以为轴承故障诊断方法和样本构建提供参考。     

基于网格搜索与支持向量机的轴承故障诊断

针对轴承故障诊断问题,提出一种基于相关度分析与网格搜索算法(GS)优化支持向量机(SVM)的轴承故障诊断方法。采用GS算法对SVM的惩罚参数c和核函数参数g进行寻优,以此建立分类器用于识别轴承故障类型。在模型建立方面巧妙地加入了分层的思想,通过相关度分析之后采用多层GS-SVM模型使轴承的故障诊断准确率相对于近年来的研究得到了明显的提升。最后,采用凯斯西储大学轴承数据中心的滚动轴承故障数据进行了分类识别实验。实验表明,研究提出的轴承故障诊断方法在直接作用于原信号的基础上不仅能够有效的识别轴承正常状态、内圈故障、外圈故障以及滚珠故障,而且还对每一类故障的严重程度有很好的区分,提高了故障类样本的诊断正确率,具有较强的实用性。     

基于信息融合的风电机组齿轮箱轴承故障诊断

针对风电齿轮箱轴承故障问题,提出一种基于信息融合将BP神经网络与D-S证据理论相结合的风电轴承故障诊断方法。首先基于大数据,挖掘SCADA(supervisory control and data acquisition)系统中与风电齿轮箱轴承故障有关的振动、温度、电流、转矩和转速信号等故障特征;然后将各信号故障特征量作为神经网络输入,将神经网络的输出归一化作为证据理论基本概率分配值(BPA值),为解决各证据之间冲突问题,采用一种基于加权的方法来改进各条证据,以减小冲突;最后利用组合规则将各条改进的证据融合,得出最终诊断结果。研究基于某风场2 MW风电机组的实际运行数据,结果表明:随着融合信号维度的增加,最终诊断结果的准确率也逐步提高,融合多维信号的可靠性明显高于单一信号。     

基于GAF和卷积神经网络的轴承故障诊断研究

针对深度学习在轴承故障诊断中出现的多分类时测试准确率低、数据集不足的情况,提出基于格拉姆角场(GAF)法和卷积神经网络(CNN)的轴承故障诊断模型以及采用重叠采样20%的方法扩充数据集。通过对轴承振动信号采用格拉姆角场法变换构建数据集,导入到搭建的六层卷积神经网络中实现故障分类。在搭建的CNN中测试了不同的轴承数据集以及不同数据长度下的测试准确率和抗噪性能。结果表明,在不同数据集的测试中,所搭建的模型最高测试准确率可达100%,搭建的CNN有着良好的性能,在多分类问题上具有较高的精度;扩充数据集的方法具有一定的可行性,可以有效提升模型的测试性能。     

基于小波包和Elman神经网络的异步电机转子断条故障诊断方法

提出了一种基于小波包分析(WPA)和Elman神经网络的异步电机转子断条故障诊断方法.针对异步电机转子断条故障时定子电流出现的边频分量进行小波包分析,提取动态条件下各频带能量作为故障特征向量,削弱了负载变化及噪声对诊断准确性的影响.采用Elman神经网络对故障进行识别,并对Elman网络进行改进,在关联层增加了自反馈增益因子,提高了网络性能.以频带能量作为Elman神经网络识别故障的特征向量,建立从特征向量到电机转子断条故障之间的映射.试验结果表明:基于小波包分析提取的故障特征明显,由WPA和Elman神经网络构成的诊断系统,能有效地识别出转子断条故障,故障诊断准确率高.     

电机滚动轴承故障诊断中BP与RBF神经网络的比较

针对电机滚动轴承故障检测的复杂性,采用了理论成熟且应用较多的BP神经网络和RBF神经网络两种故障诊断方法。首先通过经验模态分解的方法对滚动轴承的振动信号进行故障特征提取,并将故障特征向量输入到BP神经网络和RBF神经网络进行达标训练,最后对两种神经网络在滚动轴承故障诊断方面进行了比较分析,结果表明,两种神经网络的故障诊断效果均理想,但是RBF神经网络故障诊断结果较准且训练速度快,具有一定的优越性。     

基于LSTM-BP级联网络的列控车载设备故障诊断

列控车载设备是保障高速列车行车安全、提高运输效率的核心组成部分,快速有效地诊断其故障类型具有重要意义.针对300T型列控车载设备故障文本数据的错综性和时序性,提出一种基于LSTM-BP级联网络模型的车载设备智能故障诊断方法.首先,采用贝叶斯正则化(Bayesian Regularization,BR)算法优化BP神经网络提高模型的泛化能力;其次,利用长短时记忆网络(Long Short Term Memory Network,LSTM)的记忆特性,充分学习具有时序性的故障特征信息,解决BP神经网络模型难以准确诊断关机误报和引发故障等问题;最后,利用实际数据对模型进行多次试验分析,BR优化的神经网络模型分类准确率为85.06%;而LSTM-BP级联网络模型分类准确率达到95.10%,能够很好地解决对关机误报和引发故障诊断不准确的问题,验证了本文所提出的智能故障诊断方法的有效性.     

S变换子域适应的扶梯电机轴承迁移诊断

在缺乏足够的扶梯电机轴承故障数据的情况下,针对扶梯在频繁变载变速的运行状态中轴承故障特征不稳定的问题,提出了Stockwell(S)变换结合子域适应的扶梯电机轴承迁移诊断方法。首先,针对扶梯电机轴承的故障特点,采用S变换结合双线性插值算法生成振动信号时频图。该时频图能有效反映轴承故障特征,并与后续的生成/与特征提取网络输入要求相适应。其次,在基于深度残差神经网络ResNet-50的特征提取网络层的输出端引入局部最大均值差异（LMMD）,将故障样本的类别置信度作为映射后的权重引入最大均值差异（MMD）,在对齐源域和目标域全局分布的同时,对齐同类别样本所属的子域的分布,同时拓展可迁移学习的范围。然后,构建网络的最小化LMMD和交叉熵损失函数,采用小批量梯度下降法训练网络。从而可通过细化不同故障类别间特征差异实现故障子域自适应,并克服迁移诊断精度低的问题。最后,基于两个公开的轴承故障数据集和少量扶梯电机轴承故障数据构建S变换后的时频数据集,并进行迁移诊断实验验证。结果表明,本方法对扶梯轴承的两种源域到目标域的迁移诊断平均准确率分别达到99.1%和95.49%,识别精度和鲁棒性明显优于5种常用...     

基于模糊神经网络的MVB故障诊断算法

针对多功能车辆总线具有随机性和不确定性导致故障诊断准确率较低的问题, 设计一种基于模糊神经网络的MVB故障诊断算法. 首先根据MVB故障类型给出诊断模型, 然后采用减法聚类生成数量较少的模糊规则, 最后采用T-S模糊神经网络对故障进行分类. 在MATLAB环境下对该算法的拟合能力及诊断准确率进行仿真分析的结果表明, 该算法简化了模糊神经网络结构, 有效提高了故障诊断准确率.