Fault Identification of Rotor Machine Based on Optimized Method

The size and complexity of modern equipment require more advanced fault diagnosis techniques Different from signal analysis based methods, a dynamic model based diagnosis technique can further diagnose the location and severity of the fault, and detect multiple faults at one time. A model based fault diagnosis method was developed to identify typical faults of rotating machinery. This method can identify mass unbalances, crack locations and sizes, and oil film parameters in rotating machinery by optimization methods and dynamics simulation technique. Numerical and experimental results demonstrate that the method is useful for detecting faults of rotating systems.     

基于核状态空间ICA的非线性动态过程故障检测方法

针对工业过程的非线性和动态特性,提出一种基于核状态空间独立元分析的故障检测方法.采用核规范变量分析法将非线性动态过程数据映射到核状态空间,得到去相关的状态数据.对状态数据的各时延协方差矩阵进行加权求和得到状态数据的时序结构矩阵,进而建立ICA统计模型,从状态数据中提取独立元特征数据,并构造监控统计量检测过程故障.在Tennessee Eastman过程上的故障检测结果表明,相比于传统的基于动态核主元分析的故障检测方法,该方法更加灵敏地检测到故障的发生,提高故障检测率.     

改进的基于数据重构的KPCA故障识别方法

核主元分析(KPCA)方法相对于主元分析(PCA)方法在非线性过程监测方面具有一定的优势,但是KPCA很难找到由特征空间到原始空间的逆映射函数,这给基于KPCA的故障诊断带来了很大的障碍.为此,在KPCA故障数据重构方法的基础上,对故障识别指标进行改进.改进后的方法既能够识别单变量引起的故障,又能识别多变量引起的故障,而且减少了指标计算过程中的运算量,避免了传统故障识别方法只能实现单变量故障追溯的缺陷.将提出的故障识别方法在田纳西过程中进行了仿真研究,结果表明所提方法的有效性.     

经验模式分解在循环平稳故障信号分析中的应用

对循环二阶统计量进行了分析,研究了交叉项产生的原因;结合旋转机械故障信号的循环平稳特性,将经验模式分解方法应用于旋转机械振动信号分析中,解决了应用循环平稳方法进行信号分析中出现的交叉项干扰问题.通过理论推导、仿真实验、真实数据验证,以及和原有方法进行比较,表明经验模式分解联合循环平稳分析方法能够有效地识别故障特征,并避免干扰项.极大地推进了循环平稳方法在旋转机械故障诊断中的应用.     

基于小波包-神经网络故障诊断系统研究

建立了旋转机械故障诊断的神经网络模型，采用小波包分解方法提取特殊频段上的能量作为特征值为神经网络的输入模式，模型具有通用性。并且应用于旋转机械故障样本的识别计算，结果表明该方法在故障诊断中是有效的。     

谐波小波在旋转机械故障诊断中的应用

为了对具有非平稳信号的旋转机械的轴心轨迹形状进行识别,提出一种基于谐波小波滤波提纯的方法.谐波小波具有明确的函数表达式,算法实现简单,具有良好的"盒形"频谱特性,能将信号不交叠且不遗漏地分解到相互独立的空间,便于信号特征的提取.采用谐波小波进行滤波提纯,可以将故障信息从原始轴心轨迹信号中分离出来,从而获得轴心轨迹的形状,为旋转机械的故障诊断提供了依据.大量仿真试验表明,该滤波提纯方法简单,具有较强的实用价值.     

基于改进核主元分析的故障检测

针对电主轴系统特点,提出基于改进核主元分析(KPCA)的故障检测方法,引入混合核函数的定义,将多项式核和径向基核的混合核方法与主元分析方法(PCA)相结合,解决采用单一核函数诊断故障时的高误诊率问题.首先对数据进行预处理,然后使用混合核函数对数据矩阵进行映射,映射到高维特征空间,使非线性数据变量变为线性数据变量,并使用PCA提取变量数据的高维空间相关特征确定主元个数,最后根据混合非线性主元特征计算出的T2和Q统计量,实现在线故障检测.该方法改进传统核函数的选取方法,充分考虑工业过程中的非线性,更精确地描述工业过程特性,可以准确、有效地检测出电主轴系统故障.对田纳西-伊斯曼(TE)过程以及电主轴系统的应用实例证明该方法的可行性.     

BP算法在旋转机械故障诊断中的应用

分析了旋转机械故障的特性,在此基础上对基于BP算法的诊断方法进行了研究,建立了旋转机械故障诊断的神经网络模型,对基于BP网络的汽轮发电机组的故障进行了诊断。实验证明,基于BP网络的旋转机械故障诊断方法具有较高的使用价值。     

基于双核独立元分析的化工过程故障诊断算法研究

由于化工生产过程数据具有强非线性和非高斯性特征,提出了核主元分析与核独立元分析相结合的可用于化工过程故障诊断的双核独立元分析算法,该算法利用核主元分析的非线性核函数把数据从原空间映射到高维特征空间进行白化预处理,再用核独立元分析算法进行独立元分析,在特征空间中获得故障监控统计量,计算控制置信限,达到有效的故障诊断.提出的算法应用在连续搅拌反应釜过程中,结果表明,该算法对化工过程故障诊断能有效提高准确度、降低漏报率和误报率.     

基于小波分析和Kohonen神经网络的滚动轴承故障分析

为了对旋转机械中滚动轴承的运行状态进行故障监测和诊断,在对振动信号进行采集和处理的基础上,提出了小波变换与Kohonen神经网络(SOM)相结合的滚动轴承故障诊断新方法.运用该方法在滚动轴承实验台上进行实验,用小波分析提取振动信号的特征值后,应用SOM网络对数据进行分类得到各种故障类型的标准样本,通过故障样本与标准样本...     

基于EEMD的奇异谱熵在旋转机械故障诊断中的应用

针对旋转机械振动信号的非平稳、非线性等特点,提出一种基于集合经验模式分解(EEMD)的奇异谱熵信号分析及故障诊断方法.该方法利用EEMD有效抑制模式混叠现象的优点,首先对原始振动信号进行EEMD分解,得到各阶本征模态函数(IMF),然后将各阶IMF分量构成一个特征模式矩阵,并对该特征模式矩阵求奇异谱熵值.奇异谱墒值的大...     

基于高斯受限玻尔兹曼机的非线性过程故障检测

针对非线性工业过程,提出了一种基于高斯受限玻尔兹曼机(GRBM)模型的故障检测方法.该方法从海量过程数据中提取出GRBM隐层特征信息,通过隐层特征再构建出重构数据,并依据重构误差在残差空间中构建检测统计量,形成了非线性过程故障检测算法.仿真结果表明,基于GRBM的故障检测方法不仅比传统的核主元分析(KPCA)方法具有更好的故障检出率,并且针对大数据量问题具有更强的处理能力.     

自学习模糊脉冲神经网络的旋转机械诊断

针对旋转机械故障分类边界的模糊性和传统的神经网络算法难以解决应用问题的实例规模和网络规模之间的矛盾问题,提出了一种自学习模糊脉冲神经网络算法,该算法通过脉冲序列的种群编码和无监督学习较好的克服了旋转机械故障分类边界的聚类分析无效性问题.应用表明该算法有效解决了旋转机械故障的边界模糊性问题,较大提高了故障诊断的准确率.     

应用经验模态分解下的AR模型提取旋转机械故障特征

将时间序列的AR模型引入到旋转机械故障诊断中,采用了经验模态分解与AR模型相结合的方法提取旋转机械的故障特征。通过选取含有故障信息的固有模态函数进行功率谱分析,提取故障特征,分析故障原因。仿真和试验结果表明,此法能够有效地提取故障特征参数,为旋转机械的故障诊断提供了方法保障。     

Nonlinear Statistical Process Monitoring and Fault Detection Using Kernel ICA

A novel nonlinear process monitoring and fault detection method based on kernel independent component analysis (ICA) is proposed. The kernel ICA method is a two-phase algorithm: whitened kernel principal component (KPCA) plus ICA. KPCA spheres data and makes the data structure become as linearly separable as possible by virtue of an implicit nonlinear mapping determined by kernel. ICA seeks the projection directions in the KPCA whitened space, making the distribution of the projected data as non-gaussian as possible. The application to the fluid catalytic cracking unit (FCCU) simulated process indicates that the proposed process monitoring method based on kernel ICA can effectively capture the nonlinear relationship in process variables. Its performance significantly outperforms monitoring method based on ICA or KPCA.     

基于核独立元分析的非线性工业过程故障诊断

复杂工业过程的数据具有非高斯、非线性特性,在进行故障检测时,利用核独立元分析(kernel independent component analysis, KICA)方法能有效解决这一问题。然而,由于在处理数据时使用了核函数,无法将线性的贡献图方法直接用于故障诊断,因此采用一种基于改进KICA结合非线性贡献图的方法,对非线性工业过程进行故障检测与诊断。该方法利用基于超松弛因子的FastKICA方法建立监控模型,得到检测故障信息。在发生故障后,通过非线性贡献图法诊断故障变量。最后,选用带钢热连轧工业过程实测数据进行仿真,通过与传统贡献图方法比较,结果表明此方法能够对非线性数据进行有效可靠的故障检测和故障诊断,验证了非线性贡献图的有效性。     

基于SIR多级残差连接密集网络的轴承故障诊断

为了研究旋转机械的滚动轴承在复杂工况下从时变性强、微弱信号中提取特征信息的性能,提出了基于SIR多级残差连接密集网络的轴承故障诊断方法.首先,设计SIR模块,该模块将对输入的数据特征通道赋予不同的权重并拓宽网络的宽度,提取更加重要、更加丰富的特征信息;其次,设计多级残差连接密集网络自适应提取轴承振动信号中的有效特征;最后,构建softmax分类器实现故障分类.通过与多种方法进行对比,实验结果表明,该方法在变噪声、变负荷和变工况下都能够更加准确地检测出故障,对复杂的工况环境更具有鲁棒性和泛化能力.     

基于拓扑动力系统的机械系统特征信息分析方法

针对机械系统特征信息提取问题,提出了一种新的机械系统特征提取及建模方法。首先建立机械系统状态特征信息拓扑空间,从而构建机械系统拓扑动力系统模型;再依据系统的拓扑传递特性,跟踪机械系统特征信息的变换及传递过程,实现对机械系统特征信息的提取。最后将该方法应用到单一碰摩故障、单一裂纹故障及裂纹碰摩耦合故障的对称旋转机械系统信息特征提取中,通过仿真实验验证了理论方法的可行性。     

改进的D-t-SNE滚动轴承故障数据集降维方法

针对传统降维方法难以保持数据集的局部与全局几何结构特征问题,选择测地距离作为度量指标,提出改进t-SNE的故障数据集降维方法D-t-SNE.首先提取消噪振动信号的多域高维故障数据集,在对其进行归一化处理之后,利用GD指标改进后的D-t-SNE算法对高维故障数据集进行降维运算,去除冗余信息,然后通过不同的分类器对低维特征子集进行故障模式辨识.以UCI数据集和双跨转子实验台的模拟故障数据集为实验对象对D-t-SNE算法进行验证,并与SNE和t-SNE算法的各项实现结果进行对比.结果表明,D-t-SNE算法具有通过降低高维故障数据集的维数从而达到降低故障分类难度、提高故障辨识准确率的性能,可为降低旋转机械原始故障特征数据集的规模、降低故障分类的难度与提高故障辨识结果的可视化效果提供理论参考依据.     

基于集成核熵成分分析算法的工业过程故障检测

针对核熵成分分析算法(kernel entropy component analysis, KECA)为不同的故障选择相同的核参数影响检测效果的问题,提出了一种基于集成核熵成分分析(ensemble kernel entropy component analysis, EKECA)算法的工业过程故障检测方法。首先,选取一系列具有不同宽度参数的核函数将非线性数据投影到核特征空间,选取Rényi熵值贡献较大的特征值和特征向量,得到转换后的得分矩阵,建立多个KECA子模型;然后,将测试数据投影到各KECA子模型上,计算各KECA子模型的统计量,得到检测结果;最后,将各KECA子模型的检测结果利用Bayesian决策进行概率换算,利用集成学习法计算检测结果统一的统计量,判断其是否超出控制限,并将该算法应用于数值例子和TE过程。仿真结果表明,与传统的EKPCA,KECA等算法相比,所提方法有效提高了故障检测率,降低了误报率。新方法解决了传统KECA算法中不同故障核参数的选择问题,为提高KECA算法在非线性工业过程故障检测中的性能提供了参考。