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基于局部特征尺度分解和核最近邻凸包分类算法的滚动轴承故障诊断方法
  • ISSN号:1004-4523
  • 期刊名称:振动工程学报
  • 时间:2013.2.2
  • 页码:118-126
  • 分类:TH165.3[机械工程—机械制造及自动化]
  • 作者机构:[1]湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,湖南长沙410082
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(51075131,51175158);湖南省自然科学基金资助项目(111J2026);湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室自主研究课题(60870002);中央高校基本科研业务费专项基金资助项目(531107040301)
  • 相关项目:局部特征尺度分解(LCD)方法及其在机械故障诊断中的应用研究
中文摘要:

提出了一种基于局部特征尺度分解(Localcharacteristicscaledecomposition,LCD)和核最近邻凸包(Kernelnearestneighborconvexhull,KNNCH)分类算法的滚动轴承故障诊断方法。采用LCD方法对滚动轴承原始振动信号进行分解得到若干内禀尺度分量(Intrinsicscalecomponent,ISC),然后将这些ISC分量组成初始特征向量矩阵,再对该矩阵进行奇异值分解,提取奇异值作为故障特征向量并输入到KNNCH分类器,根据其输出结果来判断滚动轴承的工作状态和故障类型。LCD方法是一种新的自适应时频分析方法,非常适用于非平稳信号的处理,而KNNCH算法是一种基于核函数方法,并将凸包估计与最近邻分类思想相融合的模式识别算法,可直接应用于多类问题且需优化的参数只有核参数。实验分析结果表明,所提出的方法能有效地提取滚动轴承故障特征信息,而且在小样本的情况下仍能准确地对滚动轴承的工作状态和故障类型进行分类。同时,与支持向量机(Supportvec~tormachine,SVM)算法的对比分析结果表明,KNNCH算法的分类性能的稳定性要高于SVM算法。

英文摘要:

A rolling bearing fault diagnosis approach is proposed based on local characteristic-scale decomposition (LCD) and kernel nearest neighbor convex hull (KNNCH) classification algorithm. By using LCD, an original rolling bearing vibration signal could be adaptively decomposed into a number of intrinsic scale components (ISC), and an initial feature vector matrix is automatically formed from these components. Then, by applying singular value decomposition technique to the initial feature vector matrix, singular values are obtained and regarded as the fault feature vector. Finally, KNNCH classifier accepts the fault feature vector as the input, and then the working condition and fault patterns of rolling bearing could be identified by the output of the classifier. LCD is a new adaptive time-frequency analysis method which very suits non-stationary signals process- ing. Additionally, KNNCH algorithm is a kernel-based pattern recognition approach which combines convex hull estimation and nearest neighbor classification rule. Contrast to support vector machine (SVM) algorithm, KNNCH algorithm could be di- rectly applied to multi-class tasks and the parameter needed to be optimized is only the kernel parameter. The analysis results from rolling bearing vibration signals show that the proposed approach can effectively extract the fault feature information and accurately classify the working conditions and fault patterns of rolling bearing even in the case of small samples. What's more, the comparative analysis results demonstrate that KNNCH algorithm gains more stable classification performance than SVM algorithm.

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期刊信息
  • 《振动工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国振动工程学会
  • 主编:刘人怀
  • 地址:南京市御道街29号
  • 邮编:210016
  • 邮箱:zdxb@nuaa.edu.cn
  • 电话:025-84895885
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-4523
  • 国内统一刊号:ISSN:32-1349/TB
  • 邮发代号:28-249
  • 获奖情况:
  • 1995年江苏省首届期刊质评一级期刊,1997年获中国科协优秀期刊,1999年获国家自然科学基金委经费资助
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,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,美国应用力学评论,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:12831