针对齿轮故障的非线性、非稳定性特点和单个分类器在故障诊断中准确率低的问题,提出了一种基于变分模态分解(VMD)和随机森林(RF)的齿轮故障识别方法。首先,采用变分模态分解将振动信号分解成有限个本征模态函数(IMFs),并与总体平均经验模态分解对比其分解效果;其次,计算各模态函数的能量熵,将能量熵作为评判齿轮状态的标准,构建特征向量;最后,将特征向量输入随机森林进行故障分类。结果表明,与支持向量机(SVM)识别方法对比,该方法具有较强的学习能力以及较高的诊断精度。

针对小样本情况下齿轮箱复合故障特征难以识别的问题,提出了基于局部均值分解(Local mean decomposition,LMD)能量熵的齿轮箱故障诊断方法。利用LMD方法对齿轮箱振动信号进行处理,得到若干个PF分量;利用不同状态下齿轮箱振动信号在频域区间内分布不均的特性,计算出分量能量在频域区间离散的值,即LMD能量熵;通过不同状态下LMD能量熵的分布进行了齿轮箱故障分类。结果显示,在小样本情况下,基于LMD能量熵方法能够精确地对齿轮箱故障类型进行特征提取和故障诊断,也表明了该方法对齿轮箱故障诊断的优越性。

针对齿轮箱轴承信号非平稳性及其故障特征难以提取的问题,提出一种自适应白噪声平均总体经验模态分解(CEEMDAN)能量熵和马氏距离相结合的故障诊断方法。首先采用CEEMDAN方法对非平稳的轴承故障信号进行分解,获得若干阶表征信号特性的固有模态函数(IMF)分量;然后计算各IMF分量的自相关函数和相关系数,以滤除信号内的噪声干扰和对故障特征不敏感的IMF分量;最后计算各敏感故障特征分量的能量熵,将其作为特征参数形成状态特征向量,并使用马氏距离判别方法对轴承的工作状态和故障类型进行诊断。通过对实测不同工况以及不同故障程度的齿轮箱轴承信号的分析,证明了所提方法的有效性。

针对螺栓出现松动故障信号产生非线性、非平稳的现象,提出一种基于VMD与LSSVM模型相结合的螺栓松动状态识别方法。搭建螺栓松动实验平台采集螺栓松动状态下4种工况的振动信号;利用VMD分解对螺栓松动状态各个工况下的振动信号进行分解,并计算VMD分解后各模态分量的能量熵,最后以各工况下VMD分解的各模态分量能量熵为特征构造特征向量矩阵,通过LSSVM模型进行训练与状态识别。实验结果表明:该方法可以有效的识别出的螺栓松动状态,并通过与EMD-LSSVM模型进行对比,验证了该方法用于螺栓松动状态识别的有效性、可行性与相较其EMD分解方法的优越性。

针对行星齿轮箱振动信号成分复杂、非平稳、非线性的特点,提出一种基于变分模态分解(VMD)能量熵和隐马尔科夫模型(HMM)的故障识别方法。利用VMD算法对不同故障类型的齿轮振动信号进行分解,提取经信号分解得到的各阶本征模态函数(IMF)的能量熵。基于不同故障类型的各IMF分量能量熵在分布上的各异性,将其集合作为故障识别的特征向量。利用不同故障类型的特征向量组成的训练集训练HMM,计算最大对数似然概率值,用于判断测试样本的故障类型。利用该方法对一定转速下行星轮的3种故障进行识别,结果表明:当载荷不同时,它对行星轮齿根裂纹、断齿和齿面磨损3种故障的平均识别率可达到95.83%。

针对长短时记忆网络(Long Short Term Memory,LSTM)处理大数据集时运行时间长、存在维数灾难的问题,提出基于能量熵和CL-LSTM(Long Short Term Memory Network with Center Loss)的智能故障诊断模型。利用自适应白噪声的完整集合经验模态分解对原始信号进行分解;结合相关系数筛选IMF分量并计算其能量熵作为新样本输入到LSTM中,增强了样本间的差异性,减小了数据维度。将中心损失引入Softmax损失中,使类内距离更小,进一步提高分类精度。利用西储大学轴承数据集进行实验,验证了所提方法在识别滚动轴承故障状态时准确率高、稳定性好。

针对传统单一燃气调压器故障诊断模型存在诊断精度较低和结果误判别率高等问题,提出一种经验小波变换(EWT)与改进D-S证据理论结合的故障诊断方法,对燃气调压器故障状态进行诊断。使用EWT对传感器采集数据进行预处理并计算各分量能量熵,将其作为以广义回归神经网络、Elman神经网络和灰关联熵分析3种模型为基础构建的混合诊断模型的输入变量。根据D-S证据理论建立3个模型的基本信度函数,实现故障信息的决策融合,并引入证据关联系数法对证据体决策重要度和冲突问题加权修正。实验结果表明:EWT与改进D-S证据理论模型的故障诊断准确率达95.0%,在平均误差、均方误差、最大误差百分比等方面均优于单一的广义回归神经网网络、Elman神经网络和灰关联熵分析模型。

针对变压器铁心松动故障诊断中现有的信号处理方法存在模态混叠或受参数影响等问题,引入了经验小波变换方法,并提出了直接阈值边界划分方法对经验小波变换进行改进。对不同边界划分方法进行了对比研究,验证了直接阈值法可将信号的各个主成分都能准确划分到各自分量之中的优点。以铁心松动故障为实例,通过计算改进型经验小波变换之后的能量熵来判别铁心的松动状态,发现随着铁心压紧力的减小,EWT能量熵明显增加,并且压紧力矩在20Nm左右时发生突变。用改进型经验小波变换的故障诊断方法可有效准确地判断铁心松动故障,对实际运行中变压器的故障监测有重意义。

为了对滚动轴承运行状态进行有效的判断,利用局部均值分解(LMD)对滚动轴承振动信号进行分解,将复杂的多分量信号分解成多个单分量信号;针对分解后的单分量信号在各频域范围分布不均匀特点,利用LMD能量熵提取出滚动轴承振动信号的故障特征。实验结果表明,LMD能量熵具有较强的信号表征能力,可以有效提取出滚动轴承故障特征。

针对传动轴系振动信号故障特征难以提取的问题和进行故障诊断时难以获得大量故障样本的实际情况,提出了一种基于VMD和PSO-SVM相结合的传动轴系故障诊断方法。首先,将传动轴系振动信号进行VMD分解,得到本征模态函数IMF;然后,计算IMF的能量值和对应的能量熵值;最后,用粒子群优化(PSO)优化支持向量机(SVM)的参数,并将归一化处理后IMF的能量值及能量熵值作为特征向量,输入到PSO-SVM中来判断传动轴系的工作状态和故障类型。实验结果表明,该方法故障诊断准确率达到94. 44%,可以准确、有效地对传动轴系进行故障诊断。