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基于LE和DBN算法的轴承故障信号特征提取及诊断

余震 何留杰 王峰

余震, 何留杰, 王峰. 基于LE和DBN算法的轴承故障信号特征提取及诊断[J]. 制造技术与机床, 2023, (1): 16-20. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.002
引用本文: 余震, 何留杰, 王峰. 基于LE和DBN算法的轴承故障信号特征提取及诊断[J]. 制造技术与机床, 2023, (1): 16-20. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.002
YU Zhen, HE Liujie, WANG Feng. Feature extraction and diagnosis of bearing fault signals based on LE and DBN algorithms[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (1): 16-20. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.002
Citation: YU Zhen, HE Liujie, WANG Feng. Feature extraction and diagnosis of bearing fault signals based on LE and DBN algorithms[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (1): 16-20. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.002

基于LE和DBN算法的轴承故障信号特征提取及诊断

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.002
基金项目: 河南省民办高等学校品牌专业建设项目(ZLG201903)
详细信息
    作者简介:

    余震,男,1980年,硕士,副教授,主要从事计算机算法研究。E-mail:hkd4562022@126.com

    通讯作者:

    余震,男,1980年,硕士,副教授,主要从事计算机算法研究。E-mail:hkd4562022@126.com

  • 中图分类号: TH133

Feature extraction and diagnosis of bearing fault signals based on LE and DBN algorithms

  • 摘要: 为了提高机械传动系统的运行稳定性,提出了一种基于半监督拉普拉斯特征映射(semi-supervised laplacian eigenmap, SLE)和深度置信网络(deep belief network, DBN)算法的故障信号特征提取方法。选择SLE算法提取高维振动信号的流形参数,在DBN内输入流形学习数据实现特征数据二次挖掘的过程,完成不同故障的分类。研究结果表明:采用SLE-DBN模型进行处理时达到了比其余模型更优性能。采用SLE算法可以显著缩短SLE-DBN组合模型运算时间。训练集样本进行识别得到的准确率接近100%,表明模型能够对训练数据起到良好的拟合效果。SLE算法相对MCA与PCA算法表现出了更优特征提取性能,当设置合适参数时可以获得近100%的准确率。当有标签样本数量介于60~120时,DBN网络相对CNN网络表现出了更优分类性能。SLE-DBN模型对于别轴承故障诊断方面都达到了理想分类精度以及实现快速识别的要求。

     

  • 图  1  基于SLE和DBN算法的故障诊断流程

    图  2  算法迭代变化

    图  3  齿轮箱试验平台

    图  4  样本数对识别准确率影响

    图  5  不同算法运行效果对比

    图  6  对单个传感器信号特征提取

    表  1  试验方法对比

    算法对比KPCASLEDBNSLE-DBN
    耗时/s降维0.130.380.62
    预训练5.410.080
    微调79.510.75
    测试0.0170.0160.360.044
    总耗时0.1470.37985.281.49
    准确率/(%)79.0092.0088.67100.00
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    表  2  齿轮箱参数

    齿轮参数齿数模数/mm齿宽/mm
    主动轮50220
    从动轮80220
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    表  3  多工况下试验参数设置

    试验参数数值
    裂纹长度/mm0,5,10,15
    输入轴转速/(r/min)300,600,900,1 200,1 500
    负载/(N·m)0,4
    样本点数2 000
    样本维度900
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    表  4  CNN 网络参数设置

    参数名称大小输出尺寸
    输入层——270×1
    C1卷积核3×1×32270×1×32
    S2最大池化核3×190×1×32
    C3卷积核3×1×1690×1×16
    S4最大池化核3×130×1×16
    FC5480×1
    FC6权值矩阵480×100100×1
    输出层输出层100×44×1
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    表  5  不同样本数下算法的准确率

    数目6080100120
    CNN85.83%87.50%90.50%91.67%
    DBN93.34%94.37%96.29%97.11%
    δ−7.51%−6.87%−5.79%−5.44%
    数目140160180200
    CNN95.83%98.17%98.87%99.08%
    DBN96.84%98.11%100%100%
    δ−1.01%0.06%−1.13%−0.92%
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-08-14
  • 录用日期:  2022-11-13

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