改进深度卷积神经网络及其在变工况滚动轴承故障诊断中的应用

为了解决目前常用的最大池化丢失大量信息和平均池化模糊重要特征的问题,提出了一种小尺度卷积核以跳动的方式进行降采样的方法。该方法用步长为2、激活函数为Rectified Linear Unit(ReLU)的小尺度卷积层代替传统的池化层,既可以使输出图像的尺寸变成输入的一半,实现降采样的功能,又能让小尺度卷积核在训练中自动调整权重挑选有效的特征。与最大池化相比,该方法可有效地提高神经元激活比例并增加神经元活性值的多样性。综合采用提出的池化方法、深度可分离卷积核和全局平均池化层3个策略改进的深度卷积神经网络,在实验室变转速多滚动轴承数据集上进行测试,结果表明,改进后的网络识别正确率达到98.4%,高于作为对比的其他网络,同时还大幅提高了网络的稳定性,减少了40%以上的训练时间。提出的方法可以为科研技术人员在搭建深度卷积神经网络和变工况滚动轴承故障诊断时提供参考。     

基于能量峰定位的经验小波变换及在轴承微弱故障诊断中的应用

为了解决经验小波变换在轴承振动信号频谱分割不当的问题,提出了一种基于自适应能量峰定位的经验小波变换。该方法采用Teager能量算子对傅里叶频谱进行能量集中,降低噪声和无关分量影响;利用多尺度寻峰定位算法自适应确定频谱分割边界;通过构建小波滤波器组提取各模态分量。依据峭度指标挑选故障信息最大的模态分量,最后通过Hilbert包络解调提取轴承的故障特征频率。仿真和实验分析结果表明:提出的方法从能量角度入手,鲁棒性更强;频段划分考虑频谱的形状,能自适应识别故障频带;与原始经验小波变换方法相比,改进方法能明显增强早期微弱故障特征,提高轴承早期故障诊断性能。