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结合非线性频谱与核主元分析的复杂系统故障诊断方法
  • ISSN号:1000-8152
  • 期刊名称:《控制理论与应用》
  • 时间:0
  • 分类:TP277[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
  • 作者机构:[1]西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,陕西西安710049, [2]第二炮兵工程学院101教研室,陕西西安710025
  • 相关基金:国家“863”计划资助项目(2006AA01Z126)
中文摘要:

传统非线性频谱分析方法对复杂系统进行故障诊断时,求解出的非线性频谱数据量庞大,不便于直接用于故障检测与分类识别.本文提出了一种非线性频谱特征与核主元分析(KPCA)结合的故障诊断方法,首先通过最小二乘算法估计出前3阶Volterra时域核,由多维傅立叶变换求取出广义频率响应函数,然后利用KPCA方法对谱数据进行压缩与提取谱特征,最后利用多分类最小二乘支持向量机进行多故障检测与识别.考虑到频谱数据具有非线性的特点,KPCA中的核函数选用由多项式函数与径向基函数构成的混合核函数,兼顾了局部特性与全局特性.论文基于非线性频谱数据,给出了核主元模型建立与在线故障诊断的具体算法.对非线性模拟电路和数控机床伺服传动系统进行了仿真实验,结果表明本文方法能够大幅度降低频谱数据维数,故障识别率高,是一种实用的故障诊断方法.

英文摘要:

When the traditional nonlinear frequency spectrum analysis method is applied to diagnose faults in complex systems,the amount of frequency spectrum data is very large,causing inconvenience in directly detecting and identifying faults.A novel fault diagnosis approach is proposed based on the nonlinear frequency spectrum feature and the kernel principal component analysis(KPCA).Firstly,the first three order time domain Volterra kernels are estimated by the leastsquares algorithm,and then the generalized frequency response functions are obtained from the time domain Volterra kernels by multiple Fourier transform.Secondly,the KPCA method is used to compress frequency spectrum data and extract spectrum features.Finally,the multi-classification least-squares support vector machine is used to perform the fault detection and identification.Because of the nonlinear characteristics of frequency spectrum data,we employ the mixed function composed of the polynomial function and the radial basis function as the kernel function,so that the local characteristics and the global characteristics both are taken into considerations.Based on the nonlinear frequency spectrum data,the detailed algorithms are developed for building the kernel principal component model and for online diagnosing the faults.Simulation of fault diagnosis for a nonlinear analog circuit and a servo drive system of the numerical-control machine tool are performed.Experimental results show that the proposed method can greatly lower the data dimensions and improve the identification rate of faults.

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期刊信息
  • 《控制理论与应用》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:国家教育部
  • 主办单位:华南理工大学 中国科学院数学与系统科学研究院
  • 主编:胡跃明
  • 地址:广州五山路华南理工大学3号楼516室
  • 邮编:510640
  • 邮箱:aukzllyy@scut.edu.cn
  • 电话:020-87111464
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-8152
  • 国内统一刊号:ISSN:44-1240/TP
  • 邮发代号:46-11
  • 获奖情况:
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),美国数学评论(网络版),德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:21084