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基于弹性核凸包张量机的轴承故障诊断研究

袁留奎 贾广辉 李辉

袁留奎, 贾广辉, 李辉. 基于弹性核凸包张量机的轴承故障诊断研究[J]. 制造技术与机床, 2023, (7): 21-25. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.07.003
引用本文: 袁留奎, 贾广辉, 李辉. 基于弹性核凸包张量机的轴承故障诊断研究[J]. 制造技术与机床, 2023, (7): 21-25. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.07.003
YUAN Liukui, JIA Guanghui, LI Hui. Fault diagnosis of high speed ball bearing based on elastic kernel convex hull tensors[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (7): 21-25. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.07.003
Citation: YUAN Liukui, JIA Guanghui, LI Hui. Fault diagnosis of high speed ball bearing based on elastic kernel convex hull tensors[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (7): 21-25. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.07.003

基于弹性核凸包张量机的轴承故障诊断研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.07.003
基金项目: 河南省高等学校青年骨干教师培养计划项目(2016GGJS-248)
详细信息
  • 中图分类号: TH165

Fault diagnosis of high speed ball bearing based on elastic kernel convex hull tensors

  • 摘要: 为了提高机械传动系统故障诊断精度,设计了一种基于弹性核凸包张量机(flexible convex hull tensor machine, FCHTM)的轴承故障诊断方法。采用当前具备成熟技术的连续小波转换方法建立时频分布,再根据时频图灰度共生矩阵数据建立特征集,由此计算得到精确的时频能量谱纹理特征。利用训练弹性核凸包张量机模型来识别测试集样本,实现故障的快速诊断。研究结果表明:采用本文方法可以获得比初始弹性凸包分类方式更高准确率,时频能量谱纹理特征相对传统时频特征达到了更高准确率。弹性核凸包张量机具备优异泛化性能,达到了优分类精度。相比较支持向量机(support vector machine, SVM)和弹性核凸包(flexible convex hull, FCH),采用弹性核凸包张量机方法达到了更高准确率,弹性核凸包张量机表现出了更优抗噪性与鲁棒性。

     

  • 图  1  识别准确率与训练集占比关系

    图  2  机械故障试验台

    图  3  识别准确率与训练集占比关系

    表  1  轴承数据样本

    数据集故障尺寸/μm故障位置样本数标签
    A01201
    216滚动体1202
    384滚动体1203
    596滚动体1204
    216外圈1205
    384外圈1206
    596外圈1207
    216内圈1208
    384内圈1209
    596内圈12010
    B01201
    216/384/596滚动体4802
    216/384/596外圈4803
    216/384/596内圈4804
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    表  2  识别准确率

    模型准确率/(%)
    数据集A数据集B
    SVM89.96±0.1291.42±0.13
    FCH92.82±0.1993.02±0.14
    FCHTM98.46±0.1297.85±0.06
    TEST+SVM96.25±0.1195.94±0.11
    TEST+FCH99.32±0.0799.21±0.05
    TEST+FCHTM99.78±0.0599.81±0.03
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    表  3  轴承数据样本

    故障位置样本数标签
    正常1601
    滚动体1602
    外圈1603
    内圈1604
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    表  4  识别准确率及运行时间

    模型识别精度/(%)训练时间/s测试时间/s
    SVM92.12±0.260.022 30.000 6
    FCH95.62±0.150.039 60.001 7
    FCHTM98.78±0.420.046 20.002 2
    TEST+SVM95.16±0.190.010 60.000 4
    TEST+FCH99.02±0.210.038 50.001 3
    TEST+FCHTM99.92±0.160.044 10.001 6
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    表  5  鲁棒性测试结果

    数据集SVMFCHFCHTM
    A识别精度/(%)94.51±0.3296.05±0.2698.85±0.35
    识别精度
    下降率/(%)
    4.163.752.62
    B识别精度/(%)93.46±0.4697.15±0.1699.12±0.18
    识别精度下
    降率/(%)
    6.416.224.15
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-11-19
  • 录用日期:  2023-03-13
  • 网络出版日期:  2023-06-30

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