排水管道堵塞故障的声诊断方法研究

针对现有城市排水管道堵塞程度难以辨识的问题,提出一种基于多特征融合与随机森林的排水管道堵塞程度辨识方法.首先对排水管道中采集到的声响应信号进行分帧处理建立信号帧集合.其次,提取各个信号帧的A计权总声压级、能量熵、分形盒维数指标构建特征向量集合;引入距离可分性判据,以达到对特征向量集合去冗余并提高特征区分度的目的;并利用类内类间散布矩阵的迹作为权重实现特征的加权融合.最后,对加权融合的特征向量集合使用随机森林进行故障辨识.实验结果表明,基于距离可分性判据的多特征融合特征向量集合可取得更高的管道堵塞故障识别率;同时,随机森林的堵塞辨识模型与SVM辨识模型比较,随机森林辨识模型有较高的准确率和较快的辨识速度.经验证,本方法不仅能有效地识别不同程度的管道堵塞故障和重复堵塞情况,而且能够排除管道配件比如三通件对故障识别的影响.     

基于EMD与模糊聚类的桩缺陷特征提取与识别

针对桩基缺陷信号特征提取困难的问题,对缺陷信号进行经验模态分解(EMD)并求取信息熵,构建了一种基于信息熵的均值特征向量;针对特征向量元素数较多,不能真实反映信号的特征以及过多的特征影响识别效率的问题,引入模糊聚类的相关技术方法,对均值特征向量进行相空间重构,对重构矩阵进行模糊聚类,根据聚类的结果构建新的特征向量。通过实验仿真证明了该特征向量取得了很好的识别效果,具有实际应用价值,可以作为一种有效的特征类型;同时验证了通过模糊聚类进行特征向量降维的有效性。     

自适应广义形态滤波和GG聚类在轴承故障识别中的应用研究

针对复杂工况下滚动轴承受机械噪声等因素影响轴承故障类型区分难的问题,提出了一种基于自适应广义形态滤波和GG聚类的轴承故障诊断方法。采用自适应广义形态滤波对轴承振动信号进行降噪处理,对降噪后的信号进行变模式分解,去除虚假分量和噪声分量,最后对去噪后故障特征较多的信号分量求解近似熵,作为特征向量输入GG聚类分类器中,达到故障分类。仿真实验结果证明该方法能有效提取信号特征信息,准确识别故障类型。     

基于LMD近似熵与HMM的转子故障诊断方法

提出一种基于局部均值模式分解(local mean decomposition,简称LMD)的近似熵和隐Markov模型(hiddenMarkov model,简称HMM)的转子系统故障识别新方法.利用LMD良好的局域化特性和近似熵来量化故障特征,再与HMM结合进行故障类型识别.用LMD方法将转子信号分解成若干个瞬时频率具有物理意义的乘积函数(product function)PF分量之和,选取转子信号的前3个PF分量的近似熵值作为信号的特征向量,将构造出的特征向量输入到HMM分类器中进行故障类型识别.仿真表明,该方法能有效地提取故障特征,结合HMM的动态统计特性可智能识别转子故障类型.     

基于ITD和模糊聚类的齿轮箱故障诊断方法

为提高齿轮箱故障诊断的准确性与效率,针对其振动信号非线性和非平稳性的特点,提出将固有时间尺度分解(ITD)和模糊聚类(FCM)相结合的齿轮箱故障诊断方法。首先对齿轮箱振动信号进行固有时间尺度分解,提取包含主要故障信息的前4个固有旋转分量(PRC),求取PRC的特征能量作为故障特征向量。然后利用模糊C-均值聚类算法对齿轮箱故障进行识别与诊断,并将该方法应用到现场齿轮箱的诊断中。结果表明,诊断结果与实际情况完全相符,该方法比经验模式分解与模糊聚类相结合的方法具有更高的计算速度和精度,为齿轮箱故障诊断提供了一种新的有效方法。     

基于ARMA模型双谱分布与FCM方法的轴承故障识别

针对滚动轴承信号非线性和非高斯性的特点,提出了基于自回归滑动平均(ARMA)模型双谱分布特征与模糊c均值(FCM)聚类分析的故障识别方法.首先,利用经验模态分解改善信号,对获得的信号主分量建立ARMA模型;然后,对ARMA模型进行双谱分析;最后,以阈值化的双谱分布二值图为特征向量,借助FCM聚类算法构建类模板与最近邻模板分类器,实现故障识别.滚动轴承实例诊断结果表明,该方法能准确地判断轴承的实际性态,是一种有效的故障识别方法.     

基于KPCA-LSSVM的发动机PT燃油系统故障诊断

为有效解决PT燃油系统进油油路堵塞、滤清器泄漏、喷油器油路堵塞等多种典型故障诊断问题,提出了基于核主元分析(KPCA)和最小二乘支持向量机(LSSVM)的故障识别方法。首先计算油压信号的时域特征集,然后采用KPCA对原始多维初始特征向量进行特征提取,最后将经过KPCA提取的主特征向量输入经多种群遗传算法(MPGA)优化的LSSVM中实现故障类型的识别。实验结果表明,KPCA提取的主特征向量有效表达了原始故障的特征信息,相比于传统的BP神经网络和未经参数优选的LSSVM等分类模型,基于KPCA-LSSVM的故障识别方法速度更快、分类准确率更高。     

一种对称极坐标图像模糊C均值聚类的电主轴失衡故障诊断方法

为解决电主轴转子不平衡故障的可视化智能识别问题,提出了一种对称极坐标图像和模糊C均值(FCM)聚类相结合的失衡故障诊断新方法。首先对转子时域振动信号进行经验模态分解降噪,按对称极坐标方法将其转化为二维雪花图像,通过灰度共生矩阵,提取雪花图像二维特征参数;然后对已知样本信号的特征参数组建故障特征向量,标准化后作为FCM输入,得到分类矩阵和聚类中心;最后计算待测样本和已知故障样本聚类中心贴进度,实现失衡故障识别和分类。在某电主轴系统平台上完成了1 800 r/min时转子3种不同失衡状态的诊断试验,在对45组小样本识别中该方法的分类准确率达到73%。     

基于小波包能量熵和GWO-SVM的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承不同故障类型和不同损伤程度识别准确率较低的问题,提出了将小波包能量熵、灰狼优化算法和支持向量机相结合的故障诊断方法.首先,将滚动轴承振动信号进行3层小波包分解,对第3层各频段小波包分解系数进行重构,提取各频段成分的能量熵构成故障特征向量;其次,利用灰狼优化算法实现支持向量机参数优化;最后,基于优化后的支持向量机分类模型完成对测试集滚动轴承不同故障类型和不同损伤程度特征向量的识别诊断.实验结果表明,相比实验和文献中其他方法,该方法对滚动轴承不同故障类型和不同损伤程度具有更加突出的故障辨识能力.     

IFD与KELM结合的滚动轴承故障诊断方法

针对滚动轴承振动信号非线性、非平稳的特点,提出基于迭代滤波分解(iterative filtering decomposition, IFD)提取各分量特征,结合核极限学习机(kernel extreme learning machine, KELM)的故障诊断方法.通过对原始信号进行IFD分解,得到一组本征模态函数(intrinsic mode functions, IMF).计算包含主要故障信息在内的IMF分量能量与排列熵组成的故障特征向量,将特征向量作为KELM输入识别轴承的故障类型.实验分析结果表明,以IFD作为预处理器的特征融合方法比经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)为预处理器的特征融合方法有更高的故障识别率,并且该方法在少量样本情况下仍能有效识别故障类型.     

基于多视图加权聚类集成的高速列车工况识别

随着中国高速列车行业的快速发展,高速列车运行所产生的安全隐患问题引发了更多的关注.由于利用传感器所采集到的高速列车监测数据具有非线性、非平稳的特点,导致故障工况难以识别,为此提出一种基于加权非负矩阵的多视图聚类集成模型(weighted non-negative matrix factorization,WNMF)来对车体走行部的故障工况进行识别.首先,对振动信号进行频域、时频域、时域的分析,通过快速傅里叶变换、小波包能量、经验模态分解的近似熵和模糊熵、机械统计特征四个方面提取特征向量,构建四个特征视图;其次进行K-means聚类,得到每个视图的结果;再通过聚类成员的贡献度和相似度分别求取各视图的两种权值;最后进行加权的非负矩阵分解集成.实验结果表明,该模型能够有效地识别高速列车的故障工况.     

基于邻域粗糙集概念的一种滚动轴承特征提取方法

针对滚动轴承早期微弱故障识别率偏低的问题,提出一种基于EEMD、邻域粗糙集和模糊C均值聚类(FCM)算法相结合的滚动轴承特征提取方法.该方法将滚动轴承的原始信号进行EEMD分解得到若干个IMF分量,通过均方差和欧氏距离两个评价指标选取出敏感特征分量,构造原始特征数据集,对处理后的原始特征集属性进行NRS约简,剔除冗余属信息,最后将剩余属性的特征数据集作为模糊C均值聚类的输入,实现滚动轴承故障识别.为了对比本文方法对于滚动轴承的故障识别效果,分别添加了FCM、NRS-FCM和EEMD-FCM三种方法进行故障辨识,利用划分系数(PC)和划分熵(CE)对聚类结果进行评价与对比.通过实验表明:邻域粗糙集对于改进滚动轴承的故障识别效果十分明显,具有良好的应用前景.     

基于奇异值分解和深度信度网络多分类器的滚动轴承故障诊断方法

提出一种基于奇异值分解(SVD)和深度信度网络(DBN)多分类器的滚动轴承故障诊断方法.对滚动轴承的振动信号进行相空间重构,得到相应的特征矩阵;对特征矩阵进行SVD分解,并用所得整个奇异值序列构造特征向量,建立DBN多分类器模型,以实现滚动轴承的故障诊断;同时,将所提出的方法与DBN、反向传播神经网络、支持向量机等算法进行对比.结果表明,所提出的方法能够更加稳定、可靠地识别滚动轴承的故障类型和故障程度.     

基于时频特征和PCA-KELM的液压系统故障诊断

为了解决液压系统泄漏、堵塞和气穴等多类型故障下特征提取和模式识别困难的问题,提出基于时频特征和PCA-KELM的液压故障智能诊断新方法。首先利用统计分析和总体平均经验模态分解方法,构造高维混合域初始特征向量,从不同特征指标、不同分析角度对不同种类液压故障进行表征和刻画;然后通过主成分分析对多维初始特征向量进行降维和特征二次提取,将高维相关变量转化为低维独立的主特征向量;最后利用PCA主元构造的主特征向量输入核极限学习机网络中,实现故障类型的识别。实验结果表明,混合域初始特征向量能全面准确地描述故障特征,PCA提取的主特征向量摒弃了冗余信息且简化了分类器结构,KELM网络诊断速度快、分类准确率高。     

一种基于经验模态分解和流形学习的滚动轴承故障诊断方法

提出一种基于经验模态分解(EMD)和流形学习(LTSA)的滚动轴承故障诊断方法。首先,利用EMD对滚动轴承振动信号进行自适应分解,计算IMF分量的协方差矩阵特征值,组成滚动轴承状态原始特征集;然后利用LTSA对原始特征集进一步的融合提取;将所得新特征输入到K-means分类器中进行故障识别与聚类。实验分析结果表明:该方法可以有效地对滚动轴承的工作状态和故障类型进行识别。     

基于小波包散布熵与Meanshift概率 密度估计的轴承故障识别方法研究

为提升轴承故障特征提取精度和运行状态评估准确性,提出一种基于小波包散布熵与Meanshift概率密度估计的诊断方法.首先,采用小波包变换对轴承振动信号数据进行升维,通过计算每个子带的散布熵构建特征矩阵;然后,利用PCA对多维矩阵进行可视化降维,采用Meanshift无参估计得到训练样本的概率密度最大位置作为聚类中心;最后,通过计算测试样本散布熵坐标与各聚类中心的欧式距离判定测试样本类别归属.采用CWRU和QPZZ-II轴承实验台不同故障类型和故障程度样本数据对所提方法进行验证,结果表明,得益于小波包完备的理论模型和信号频带分解稀疏性,结合散布熵指标对数据样本良好的鲁棒性,所构造的特征矩阵具有较好的类内聚集性和较大的类间距离,同时,Meanshift以概率密度最大化为目标自适应迭代聚类中心和隶属度,可以有效实现对不同数据样本的分类识别.     

基于参数优化变分模态分解与支持向量机的齿轮箱故障诊断

齿轮箱故障振动信号具有非线性、非平稳的特点,在故障早期难以实现故障特征的提取和故障类型的识别。本文提出磷虾群算法（krill herd algorithm, KHA）-变分模态分解（variational mode decomposition,VMD）-多尺度排列熵（multi-scale permutation entropy,MPE)与支持向量机(support vector machine,SVM)相结合的齿轮箱故障类型识别算法。首先对采集到的齿轮箱振动信号利用KHA优化的VMD进行分解,选取有效分量进行重构,然后求取其MPE作为特征向量,最后将特征向量输入SVM进行故障类型的识别。通过实测数据的分析表明,故障类型识别准确率达到了99.14%,该方法在机车车辆、发电机组等装备的齿轮箱状态监测和故障诊断中具有一定的参考价值。     

基于改进经验模态分解的直流串联电弧故障检测

针对直流系统中存在强噪声干扰时串联电弧故障检测准确度较低的问题，提出一种基于改进自适应噪声完备集合经验模态分解和模糊k均值聚类相结合的直流串联电弧故障检测方法；首先运用改进自适应噪声完备集合经验模态分解方法分解回路电流信号，得到多个本征模态函数；然后计算各本征模态函数的Hurst指数值以区分噪声分量和有用分量，将Hurst指数值大于0.5的有用分量进行重构；最后计算重构信号的峰峰值特征量和模糊熵特征量以构建特征向量作为模糊k均值聚类的输入，通过聚类中心的不同位置识别正常与故障状态。仿真与试验结果表明，所提出的方法区分系统正常与故障状态准确度为100%,区分系统干扰与故障状态准确度为93%,能有效识别直流串联电弧故障。     

基于拉普拉斯分值和鲸鱼寻优SVM的滚动轴承故障诊断

滚动轴承的振动信号所呈现出的非高斯、非线性等特性,使得其故障类型和故障严重程度难以准确识别,故此提出了一种拉普拉斯分值(laplacian score,LS)与基于鲸鱼算法(whale optimization algorithm,WOA)寻优的支持向量机(support vector machine,SVM)相结合的智能故障诊断方法。首先提取原始振动信号时域、频域、时频域的统计特征,通过利用LS选择较为敏感、更能表征故障状态的特征,形成故障特征向量,然后通过鲸鱼算法来优化SVM的惩罚因子和核参数,构造成分类器模型来进行故障模式识别,判断出滚动轴承的故障类型。通过多种算法对SVM的参数寻优进行对比发现WOA寻优优势明显,同时使用多方面的实验数据验证了该方法在提取滚动轴承故障特征信息方面的有效性,且具有较高的分类识别精度。     

改进变分模态分解-多尺度排列熵结合广义回归神经网络的高压直流输电线路故障辨识

针对现有的高压直流(high voltage direct current, HVDC)输电线路故障识别方法识别准确率低，且无法同时准确识别低阻和高阻故障的问题，提出一种改进变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)-多尺度排列熵(multi-scale permutation entropy, MPE)结合广义回归神经网络(general regression neural network, GRNN)的HVDC输电线路故障辨识方法。首先采用鲸鱼算法改进后的VMD对故障电流信号进行分解，并选择合适的本征模态函数(intrinsic mode function, IMF)分量计算多尺度排列熵和IMF能量和比值提取故障特征组成故障特征向量，然后将特征向量输入到GRNN网络中进行训练与测试，利用GRNN网络对小样本数据的高分类能力识别不同类型的故障。实验结果表明，所提出的方法对HVDC输电线路不同类型故障辨识准确率高，无论发生低阻或高阻故障都能够准确辨识，耐受过渡电阻能力强，在小样本故障辨识方面性能突出，可靠性高。