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基于BM-MTF的船舶水泵轴承故障特征增强与诊断研究
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作者 廖志强 黄振德 +2 位作者 宋雪玮 梁观龙 贾宝柱 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第2期56-67,共12页
[目的]针对船舶水泵轴承故障时的振动信号故障特征易被噪声淹没,导致诊断准确率较低的问题,提出一种基于巴特沃斯均值滤波器和马尔可夫转移场(BM-MTF)与ResNet-18网络相结合的轴承故障特征增强与诊断方法。[方法]首先,引入BM滤波器,以... [目的]针对船舶水泵轴承故障时的振动信号故障特征易被噪声淹没,导致诊断准确率较低的问题,提出一种基于巴特沃斯均值滤波器和马尔可夫转移场(BM-MTF)与ResNet-18网络相结合的轴承故障特征增强与诊断方法。[方法]首先,引入BM滤波器,以强化信号的故障冲击波形,从而抑制噪声干扰、增强故障特征;然后,通过MTF绘制二维图像,以有效可视化并增强信号特征,再将经BM信号滤波后的MTF图像输入ResNet-18网络进行诊断识别;最后,采用西储大学轴承故障公开数据集、实验室轴承故障数据集和船舶水泵轴承故障数据集进行对比验证。[结果]实验对比结果表明,所提BM-MTF方法可以有效提取轴承故障特征,其对3种轴承故障数据集的诊断准确度均达到100%,显著提升了轴承故障准确度。[结论]研究成果可为船舶水泵轴承故障诊断提供参考。 展开更多
关键词 船舶水泵 轴承 故障分析 特征提取 故障特征增强 马尔可夫转移场 ResNet-18网络
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基于循环提取有效信息的主轴承故障特征增强方法 被引量:10
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作者 栾孝驰 赵俊豪 +2 位作者 沙云东 佟鑫宇 张振鹏 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期251-262,共12页
针对航空发动机主轴承发生故障时特征信息提取不充分的问题,提出一种基于循环提取有效信息的主轴承故障特征增强方法。该方法首先对原始振动信号进行小波包分解,计算得到各个节点分量的相关系数值和峭度值,将其进行归一化融合为一个综... 针对航空发动机主轴承发生故障时特征信息提取不充分的问题,提出一种基于循环提取有效信息的主轴承故障特征增强方法。该方法首先对原始振动信号进行小波包分解,计算得到各个节点分量的相关系数值和峭度值,将其进行归一化融合为一个综合参数P i;其次根据特征信息循环提取准则定义一个置信区间,该区间将所有节点分量划分为高信噪比信号、低信噪比信号和高噪信号3个部分;然后不断筛选出高信噪比信号直至达到终止条件;最后重构所有高信噪比信号,并进行包络解调提取出轴承微弱故障特征。经仿真信号验证,去噪信号的信噪比相对于去噪前提升了11.31 dB。基于航空发动机中介轴承模拟试验台所测数据开展了特征信息循环提取方法有效性的综合验证,并对某型航空发动机主轴承振动信号进行了分析。实践表明:该方法适用于强背景噪声干扰工况下滚动轴承的特征提取,能准确诊断航空发动机主轴承故障。 展开更多
关键词 滚动轴承 航空发动机 小波包分解 特征信息循环提取准则 故障特征增强
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基于优化变分模态分解与计算阶次分析的主轴承故障特征增强方法 被引量:1
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作者 栾孝驰 张振鹏 +2 位作者 沙云东 高翔 王李成 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期179-191,共13页
针对航空发动机主轴承微弱故障特征在高背景噪声环境和变转速工况下难识别的问题,提出了基于优化变分模态分解与计算阶次分析的主轴承故障特征增强方法。该方法将转速信号进行积分得到角位移信号,通过等角位移重采样将非平稳的振动时域... 针对航空发动机主轴承微弱故障特征在高背景噪声环境和变转速工况下难识别的问题,提出了基于优化变分模态分解与计算阶次分析的主轴承故障特征增强方法。该方法将转速信号进行积分得到角位移信号,通过等角位移重采样将非平稳的振动时域信号转化为振动角域稳态信号。为了更好地分离信号中的高背景噪声,提取微弱故障信息,通过人工蜂鸟算法对变分模态分解(VMD)的惩罚因子和分解层数进行优化,使用优化后的VMD方法分解振动角域稳态信号;以故障特征能量比(FCER)作为指标对变分模态分解后的各信号分量进行评价,选择FCER大于所有分量均值的分量重构,实现振动角域信号降噪;对重构的振动角域信号进行包络谱分析,得到阶次谱并与理论故障特征阶次进行对比,实现故障诊断。通过仿真数据以及开展整机试车条件下获得的航空发动机主轴承外圈压坑故障实验数据对本文所提方法的有效性进行验证。结果表明:与局部均值分解-故障特征能量比(LMD-FCER)、小波包分解-峭度值指标-希尔伯特变换(WPD-KVI-Hilbert)分析方法相比,本文所提方法可以有效增强主轴承外圈故障特征阶次,实现了高转速、高背景噪声和变转速工况下航空发动机主轴承微弱故障的有效诊断。 展开更多
关键词 主轴承 优化变分模态分解 计算阶次分析 故障特征增强 高背景噪声 故障诊断
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基于边界辅助判别的滚动轴承故障特征增强及诊断方法 被引量:1
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作者 李佰霖 鲁大臣 +1 位作者 付文龙 陈禹朋 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第4期643-650,共8页
滚动轴承作为机械设备重要部件,对保障设备安全稳定运行具有重要意义。针对实际诊断中的滚动轴承故障数据不平衡问题,提出了一种基于边界辅助判别的辅助分类生成对抗网络模型(BD-ACGAN)。首先,设计了一种可用于提取故障样本边界细节特... 滚动轴承作为机械设备重要部件,对保障设备安全稳定运行具有重要意义。针对实际诊断中的滚动轴承故障数据不平衡问题,提出了一种基于边界辅助判别的辅助分类生成对抗网络模型(BD-ACGAN)。首先,设计了一种可用于提取故障样本边界细节特征的边界辅助判别器,以引导生成器生成更真实的样本,并采用该生成样本解决了数据不平衡的问题;其次,采用了自适应权重损失模块,动态调整了损失权重,使该模型更加关注重要的特征信息,从而提高了该模型的生成质量和特征表达能力;利用生成样本和真实样本数据对BD-ACGAN模型进行了增强训练,提高了该模型的泛化能力和诊断能力;最后,进行了消融实验及对照实验,对BD-ACGAN模型的特征增强能力和诊断效果进行了验证,分别采用美国凯斯西储大学和西安交通大学滚动轴承数据集对模型进行了实验验证。研究结果表明:该BD-ACGAN模型能够有效利用故障样本的边界特征解决数据不平衡问题,并且故障诊断精确度为98.79%,优于其他对照模型,为滚动轴承故障诊断提供了一种新的方法。 展开更多
关键词 轴承故障诊断 数据不平衡 边界辅助判别的辅助分类生成对抗网络 故障特征增强 自适应权重损失 数据集增广
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基于LSTM神经网络和故障特征增强的行星齿轮箱故障诊断 被引量:37
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作者 樊家伟 郭瑜 +2 位作者 伍星 陈鑫 林云 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第20期271-277,共7页
针对支持向量机、深度学习等人工智能算法在齿轮箱故障诊断应用上的不足,提出一种基于长短时记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络和故障特征增强的行星齿轮箱故障智能诊断方法。该方法对行星齿轮箱不同局部故障振动信号进行滑动... 针对支持向量机、深度学习等人工智能算法在齿轮箱故障诊断应用上的不足,提出一种基于长短时记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络和故障特征增强的行星齿轮箱故障智能诊断方法。该方法对行星齿轮箱不同局部故障振动信号进行滑动加窗截取,对截取的每段信号分别做快速傅里叶变换并选取包含故障特征丰富的频段实现对故障特征的增强,并以该数据作为输入对LSTM神经网络进行训练,通过训练完成的LSTM神经网络模型智能提取所选频段内的故障特征并实现行星齿轮箱不同局部故障的识别诊断。试验结果表明该方法可以有效诊断行星齿轮箱不同局部故障,并能提高网络模型的故障识别率。 展开更多
关键词 行星齿轮箱 故障特征增强 LSTM神经网络 故障诊断
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基于改进LMD的齿轮故障特征增强方法 被引量:5
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作者 李慧梅 杨英杰 封会娟 《机床与液压》 北大核心 2019年第19期196-199,共4页
针对齿轮发生故障时信号的调制特点,采用相关分析对局部均值分解(Local Mean Decomposition,LMD)解调方法进行改进,并提出了基于改进LMD的故障特征增强方法。将该方法应用于实际齿轮断齿故障特征的提取,结果表明:该方法能有效地增强齿... 针对齿轮发生故障时信号的调制特点,采用相关分析对局部均值分解(Local Mean Decomposition,LMD)解调方法进行改进,并提出了基于改进LMD的故障特征增强方法。将该方法应用于实际齿轮断齿故障特征的提取,结果表明:该方法能有效地增强齿轮故障特征,其增强效果优于传统的Hilbert包络解调分析方法。 展开更多
关键词 局部均值分解 解调 故障特征增强 齿轮
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基于增强自适应盲解卷积方法的齿轮故障诊断 被引量:6
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作者 吴磊 张新 +3 位作者 王家序 赵艺珂 刘治汶 王磊 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期123-132,共10页
针对最小熵解卷积(minimum entropy deconvolution,MED)在故障诊断中倾向于恢复少量伪主导冲击以及依赖经验选取滤波器长度的问题,提出了一种增强自适应盲解卷积方法。该方法设计一种非线性变换以增强滤波信号中的故障冲击特征,并将其... 针对最小熵解卷积(minimum entropy deconvolution,MED)在故障诊断中倾向于恢复少量伪主导冲击以及依赖经验选取滤波器长度的问题,提出了一种增强自适应盲解卷积方法。该方法设计一种非线性变换以增强滤波信号中的故障冲击特征,并将其融入滤波器系数的迭代求解中,从而解决MED因少量伪主导冲击造成峭度过大而无法有效恢复周期性故障冲击的问题。同时,所提方法提供一种可根据待分析信号自适应获得合适滤波参数的策略,进而克服传统依赖经验取值的不足。仿真信号与齿轮植入故障信号分析结果验证方法对于增强故障冲击及自适应选取滤波参数的有效性,实现周期性故障冲击的准确恢复。在列车齿轮故障诊断的工程实际案例中,所提方法准确诊断出齿轮传动系统中大齿轮的早期裂纹故障。与MED的对比研究,进一步表明所提方法在故障冲击增强与自适应恢复方面的优势。 展开更多
关键词 齿轮故障诊断 自适应盲解卷积 非线性变换 故障特征增强
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基于OOMP与A-T谱的滚动轴承故障特征提取 被引量:3
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作者 夏均忠 郑建波 +2 位作者 白云川 吕麒鹏 杨刚刚 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第21期86-90,96,共6页
为解决变转速下正交匹配追踪(OMP)过度匹配和非正交投影的问题,提出优化正交匹配追踪(OOMP)。根据轴承故障振动信号的特性,构建组合时频原子字典与OMP匹配;将鲸鱼优化算法引入到OMP中选择与残差信号匹配的最优原子,实现信号重构和故障... 为解决变转速下正交匹配追踪(OMP)过度匹配和非正交投影的问题,提出优化正交匹配追踪(OOMP)。根据轴承故障振动信号的特性,构建组合时频原子字典与OMP匹配;将鲸鱼优化算法引入到OMP中选择与残差信号匹配的最优原子,实现信号重构和故障特征增强。为避免阶次追踪的缺陷,引入角度-时间(A-T)谱提取故障特征。试验验证,OOMP可有效增强轴承故障特征,A-T谱用于变转速下轴承故障特征提取效果良好。 展开更多
关键词 滚动轴承 故障特征增强 特征提取 优化正交匹配追踪 角度-时间谱
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基于交叉小波变换与改进变分模态分解的联合去噪方法 被引量:11
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作者 王鹏博 刘自然 +1 位作者 刘玉明 吕振礼 《机电工程》 CAS 北大核心 2023年第2期292-298,共7页
轴承早期的故障信号容易被噪声所淹没,导致其故障特征难以被提取,为此,提出了一种基于交叉小波变换(XWT)与改进变分模态分解(IVMD)联合去噪的信号处理方法。首先,对双通道的原始信号进行了XWT处理,得到了小波相干谱,通过包络谱曲线确定... 轴承早期的故障信号容易被噪声所淹没,导致其故障特征难以被提取,为此,提出了一种基于交叉小波变换(XWT)与改进变分模态分解(IVMD)联合去噪的信号处理方法。首先,对双通道的原始信号进行了XWT处理,得到了小波相干谱,通过包络谱曲线确定了最佳模态数K;将传统VMD优化为IVMD,利用IVMD将两个通道中峭度值较大的信号分解成为多个固有模态分量(IMFs),再对每个IMF与峭度值较大的信号进行XWT处理;然后,将得到的小波相干谱图与双通道原始信号的小波相干谱图进行了比较,从原始信号中去除了识别出的噪声分量,实现了降噪和故障特征增强的目的;最后,利用K邻近(KNN)算法进行了滚动轴承故障分类,其故障识别率达到了97.51%,与IVMD、VMD-XWT方法相比,该方法故障识别率分别提高了10.83%、4.62%。研究结果表明:该方法可以明显降低噪声干扰,能更好地提取轴承早期的故障信息。 展开更多
关键词 滚动轴承故障诊断 故障特征提取 降噪 故障特征增强 交叉小波变换 改进变分模态分解 K邻近算法 固有模态分量
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