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基于优化EMD分解和GA-BP神经网络的滚动轴承故障诊断研究

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第1章 绪 论

1.1选题的背景和意义

1.2滚动轴承故障诊断方法综述

1.2.1特征提取方法概述

1.2.2故障诊断算法概述

1.3滚动轴承故障诊断设备与系统研究情况

1.3.1国外研究现状

1.3.2国内研究现状

1.4本文的研究内容及论文结构

1.4.1本文研究内容与创新点

1.4.2论文结构

第2章 滚动轴承故障的机理与特征

2.1滚动轴承的振动机理

2.2滚动轴承的振动信号特征

2.2.1滚动轴承的固有频率和故障特征频率

2.2.2滚动轴承的故障振动信号特征

2.3本章小结

第3章 基于小波包和EMD分解的滚动轴承故障特征提取方法研究

3.1小波包与EMD算法的基本理论

3.1.1本征模态函数

3.1.2 EMD分解

3.1.3希尔伯特谱分析

3.1.4 EMD算法的不足

3.1.5小波包分析

3.2优化的EMD算法

3.3仿真研究

3.3.1实验平台与实验数据

3.3.2实验结果分析

3.4本章小结

第4章 基于优化GA-BP神经网络的滚动轴承故障诊断算法研究

4.1 BP神经网络概论

4.1.1 BP神经网络模型与算法

4.1.2 BP神经网络学习算法

4.1.3 BP神经网络局限性

4.1.4遗传算法基本思想

4.2优化GA-BP神经网络算法

4.2.1优化GA-BP神经网络算法

4.2.2 BP神经网络算法实现

4.2.3遗传算法实现

4.2.4实验仿真研究

4.3本章小结

结论

参考文献

致谢

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摘要

机电系统日益复杂,使得原来被忽略的非线性问题变得越来越突出,传统的理论建模以及采用单一理论和方法的故障诊断技术已难以取得令人更为满意的效果。因此,研究适用于非线性故障信号的智能诊断方法具有重要的理论意义和实际应用价值。本文以机械设备的核心部件——轴承作为研究对象,采用基于优化EMD分解和 GA-BP神经网络的方法对其进行故障诊断。特征量的提取和故障模式的识别是故障诊断的关键。在研究经验模态分解算法(Empirical Mode Decomposition, EMD)的模态混叠问题基础上,采用小波包分析对原始信号进行预处理,在保持原 IMF的性质特征的同时,解决了各个 IMF分量正交性较差的问题,实现模态混叠的抑制,从而有效地提高 EMD的分解能力。同时,根据能量判别法,选取出含故障特征信息最多、能量最高的重构信号作为下一步 EMD分解的对象,能显著减少信号处理的时间。采用遗传算法对 BP神经网络的初始权值和阈值进行优化,以提高 BP神经网络算法的收敛精度和收敛速度,形成了一种基于优化GA-BP神经网络的故障诊断算法。最后,运用轴承振动实验数据对本文方法进行了仿真研究,实验结果表明,该方法可以有效地提取出故障特征量,快速地对故障类型进行识别,具有较高的可行性和准确性。

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