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【6h】

基于改进HSMM的滚动轴承健康状态评估研究

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第1章 绪论

1.1课题来源

1.2研究背景、目的和意义

1.3相关领域国内外研究现状

1.3.1退化特征提取与融合约简研究现状

1.3.2健康状态评估研究现状

1.3.3隐半马尔科夫模型研究现状

1.4论文主要内容及结构安排

1.4.1本文主要研究内容

1.4.2本文组织结构

第2章 滚动轴承振动机理分析与多域特征空间构建

2.1滚动轴承基本结构

2.2滚动轴承常见故障形式和振动机理分析

2.3滚动轴承故障演化规律分析

2.4滚动轴承多域特征空间构建

2.4.1时域特征提取

2.4.2频域特征提取

2.4.3时频域特征提取

2.4.4多域特征提取方法的实验分析

2.5本章小结

第3章 基于自适应流行学习算法的退化特征融合

3.1基于多评价指标的退化特征选择

3.1.1退化特征性能评价指标

3.1.2基于DSmT的多评价指标融合特征选择

3.2基于LGPCA流行学习算法的退化特征融合

3.2.1基于LPP的局部目标函数

3.2.2基于PCA的全局目标函数

3.2.3 LGPCA整体目标函数

3.3 LGPCA自适应邻域选择方法

3.3.1初始近邻参数计算

3.3.2自适应近邻参数调整

3.4实例分析

3.4.1退化特征选择

3.4.2退化特征融合

3.5本章小结

第4章 基于MDD-HSMM的滚动轴承退化预测

4.1 HSMM基本描述

4.1.1 HSMM基本结构描述

4.1.2 HSMM基本算法描述

4.2时变HSMM修正方法

4.3高阶粒子滤波方法

4.4基于MDD-HSMM的退化预测方法

4.5实例分析

4.5.1 MDD-HSMM训练

4.5.2滚动轴承退化预测

4.6本章小结

第5章 滚动轴承健康状态评估系统设计及实现

5.1需求分析

5.2总体设计

5.3系统实现及验证

5.4本章小结

第6章 总结与展望

6.1全文工作总结

6.2未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

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摘要

滚动轴承作为广泛应用于大型旋转机械设备中的基础零部件,同时也是承受载荷和传递运动的关键零部件,滚动轴承的运行状态对机械设备的工作性能有着至关重要的影响。由于滚动轴承经常运行于高速、重载的工况环境下,并且持续承受着交变应力的作用,工作表面容易出现损伤,引起其工作性能的退化,进而导致设备停机。滚动轴承的性能失效属于逐渐变化的过程,如果能够掌握其性能失效规律,从而对失效过程中的健康状态进行评估与分析,就能最大限度地利用滚动轴承的健康状态信息,为其可靠性维护提供指导意义,进而为机械系统的可靠性和安全性提供保障。 本文以滚动轴承为研究对象,对其健康状态评估进行研究。系统地分析滚动轴承常见的故障形式、故障机理及故障演化规律,提取多域特征以描述滚动轴承的性能退化趋势;研究滚动轴承多域高维特征选择和特征融合方法;研究面向滚动轴承性能退化过程的健康状态评估方法。主要研究内容如下: (1)滚动轴承振动机理分析和多域特征提取研究。系统地分析滚动轴承常见故障形式、故障振动机理以及其故障演化规律,并且分别从时域、频域和时频域中提取出能够全面反映滚动轴承性能退化信息的多域特征参数,为后续的滚动轴承健康状态评估研究提供基础。 (2)基于自适应流行学习算法的退化特征融合研究。针对多域高维特征之间存在的冗余性和相关性等问题,以相关性、单调性和鲁棒性为评价指标,研究基于Dezert-Smarandache证据理论的多评价指标融合退化特征选择方法,筛选出能更好描述滚动轴承性能退化趋势的优化特征子集。研究基于局部全局主成分分析(Local and Global PrincipalComponent Analysis,LGPCA)流行学习算法的特征融合方法,进一步剔除优化特征子集中的冗余信息,针对LGPAC算法的邻域构建问题,提出基于样本数据密度和曲率信息的自适应近邻域选择方法,有效提高LGPCA算法的特征融合性能。 (3)基于修正时变隐半马尔科夫模型(Modified Duration-Dependent Hidden semi-Markov Model,MDD-HSMM)的滚动轴承退化预测研究。针对传统HSMM关键模型参数为固定值而影响其性能的问题,提出时变状态转移概率和输出观测概率的概念,并推导出新的前向-后向算法和模型参数重估算法,使得修正后的模型能更好地描述滚动轴承的性能退化过程。基于MDD-HSMM构建滚动轴承性能退化状态空间模型,并结合高阶粒子滤波方法实现滚动轴承退化预测。 (4)退化特征融合与退化预测方法的应用研究。以面向模块化开发的思想,设计并开发参数监测、特征提取、特征融合以及退化预测等软件功能模块,实现滚动轴承健康状态评估系统,验证本文所提出算法的可行性和实用性。

著录项

  • 作者

    肖启黎;

  • 作者单位

    武汉理工大学;

  • 授予单位 武汉理工大学;
  • 学科 信息与通信工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 刘泉;
  • 年度 2018
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    改进; HSMM; 滚动轴承; 健康状态;

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