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基于张量分解的滚动轴承复合故障多通道信号降噪方法研究 被引量:20
1
作者 胡超凡 王衍学 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期50-57,共8页
针对滚动轴承多通道信号同时滤波的问题,提出一种新的基于张量分解的多维降噪技术。该方法在高维空间中将时域信号、频率和通道建模为一个三阶张量模型,首先通过Tucker3分解张量模型,然后通过L曲线准则来选取截断高阶奇异值分解(Truncat... 针对滚动轴承多通道信号同时滤波的问题,提出一种新的基于张量分解的多维降噪技术。该方法在高维空间中将时域信号、频率和通道建模为一个三阶张量模型,首先通过Tucker3分解张量模型,然后通过L曲线准则来选取截断高阶奇异值分解(Truncated HOSVD)的截断参数,根据截断参数求解张量模型,最后根据原张量的组建方式通过逆变换得到新的目标张量。通过滚动轴承复合故障仿真分析对所提出的滚动轴承复合故障检测技术的性能进行了评价,然后应用该方法对轴承试验台采集的振动信号进行降噪分析,试验结果表明该方法在滚动轴承复合故障多维降噪以及特征提取中的有效性和可行性。基于张量分析的多维信号滤波技术将拓宽大数据时代处理异构、多维数据的视野。 展开更多
关键词 张量分解 复合故障诊断 截断高阶奇异值分解 多通道降噪 滚动轴承
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基于小样本下改进ChaosNet的轴承故障诊断 被引量:1
2
作者 李天昊 李志星 王衍学 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2024年第2期182-185,192,共5页
为解决在训练样本不足条件下,轴承故障特征提取困难的问题,提出一种基于改进神经混沌学习(neurochaos learning+AdaBoost,NL-AdaBoost)的轴承故障诊断新方法。首先,对时域振动信号进行快速傅里叶变换(fast fourier transform,FFT)提取... 为解决在训练样本不足条件下,轴承故障特征提取困难的问题,提出一种基于改进神经混沌学习(neurochaos learning+AdaBoost,NL-AdaBoost)的轴承故障诊断新方法。首先,对时域振动信号进行快速傅里叶变换(fast fourier transform,FFT)提取频域特征,拼接时频域信号获得一维特征样本;其次,输入信号产生对混沌GLS神经元的激励,形成ChaoFEX特征,馈送至集成学习分类器(AdaBoost);随后,选取轴承故障特征样本,对样本集做k折交叉验证,获得模型最优超参数值,将其应用于测试集进行模型分类能力验证;最后,在小样本对比实验中,与4种常见深度学习算法比较模型的macro F1-score。实验结果证明,在低训练样本条件下,NL-AdaBoost模型具有良好的准确性和泛化能力。 展开更多
关键词 小样本训练 神经混沌学习 滚动轴承 故障诊断
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基于ACMD和脊检测的滚动轴承非平稳故障诊断 被引量:5
3
作者 刘奇 王衍学 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2021年第8期70-78,共9页
针对非平稳状况滚动轴承振动信号易受速度波动、幅值或频率调制、噪声和其他无关分量的干扰,导致生成的时频面复杂,难以识别滚动轴承故障特征频率等问题,提出一种新的基于自适应调频模式分解和脊检测相结合的方法。所提出的方法构建了... 针对非平稳状况滚动轴承振动信号易受速度波动、幅值或频率调制、噪声和其他无关分量的干扰,导致生成的时频面复杂,难以识别滚动轴承故障特征频率等问题,提出一种新的基于自适应调频模式分解和脊检测相结合的方法。所提出的方法构建了高分辨率的时频表示,提升了诊断的准确度,而且具有非常强的自适应性。通过对不同健康状况滚动轴承振动信号分析发现,所提方法非常适合于变工况下的滚动轴承故障诊断,且诊断效果优于最新发展的时频分析方法。 展开更多
关键词 自适应调频模式分解 非平稳 滚动轴承 故障诊断 时频分析
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基于多因子进化稀疏重构的轴承故障诊断研究 被引量:1
4
作者 李志星 李天昊 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期161-170,共10页
针对强噪声背景下滚动轴承振动信号特征提取困难的问题,基于稀疏表示基本理论,提出一种使用多因子进化算法求解的多正则化稀疏重构降噪模型。首先,将多正则化模型的求解划分为多3个目标子任务,即l0范数约束优化主任务和l1、l1/2范数正... 针对强噪声背景下滚动轴承振动信号特征提取困难的问题,基于稀疏表示基本理论,提出一种使用多因子进化算法求解的多正则化稀疏重构降噪模型。首先,将多正则化模型的求解划分为多3个目标子任务,即l0范数约束优化主任务和l1、l1/2范数正则化额外任务,以上任务分别构成3个不同目标的多因子优化稀疏重构算法;其次,根据在进化过程中不同正则化任务的优先级,采用黄金分割搜索策略保证每个族群包含相似适应度的个体,通过两点交叉遗传算子保证样本的稀疏性特征;最后,将阈值迭代算法应用于局部搜索过程加速子任务中的种群收敛。在此理论基础之上,分别通过仿真信号和实际轴承数据验证本文方法可行性,发现在-10 dB的高斯噪声干扰下,重构信号的信噪比依然达到5 dB。试验结果表明,该方法可有效提取强噪声背景下的冲击特征,为进一步的故障诊断提供可靠先验知识。 展开更多
关键词 多因子进化算法 稀疏重构 信号降噪 故障诊断
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基于同步挤压提取变换的滚动轴承故障诊断研究 被引量:3
5
作者 刘奇 王衍学 《机械传动》 北大核心 2021年第1期123-128,共6页
滚动轴承是大型机械设备的重要部件,起着非常重要的作用。当轴承发生故障时,如不及时修复或更换,将严重影响设备的寿命。时频分析方法是一种非常有效的故障特征提取工具,已得到广泛的应用;同时,时频分布的能量聚集性影响故障特征提取效... 滚动轴承是大型机械设备的重要部件,起着非常重要的作用。当轴承发生故障时,如不及时修复或更换,将严重影响设备的寿命。时频分析方法是一种非常有效的故障特征提取工具,已得到广泛的应用;同时,时频分布的能量聚集性影响故障特征提取效果,因此,一种能量更加集中的时频分析方法对机械信号处理与故障诊断起着至关重要的作用。提出了一种全新的时频域特征提取方法——同步挤压提取变换。该方法主要包含两个步骤:首先,使用同步挤压变换将信号大部分能量聚集到多个小频带范围内,实现信号能量的初步聚集;然后,在同步挤压变换结果中引入一个频率提取算子,该算子可以提取出每个小频带内与信号时变特征最相关的信息并将其保留,从而实现信号能量的再次聚集。仿真信号的分析验证了该方法的可行性。通过对实际轴承信号的分析发现,与先前的时频分析方法相比,该方法效果更佳。 展开更多
关键词 同步挤压变换 同步挤压提取变换 滚动轴承 故障诊断
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基于元素分析的滚动轴承故障诊断 被引量:1
6
作者 戴含芳 王衍学 李志星 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2022年第1期157-165,共9页
针对现有信号降噪或重构方法无法完全去除噪声,且时频表示存在能量模糊问题,提出了一种利用元素分析进行滚动轴承故障诊断的方法。所提方法首先构造了元素模型来表征信号,然后对元素模型进行Morse小波变换,并从小波变换中计算得出信号... 针对现有信号降噪或重构方法无法完全去除噪声,且时频表示存在能量模糊问题,提出了一种利用元素分析进行滚动轴承故障诊断的方法。所提方法首先构造了元素模型来表征信号,然后对元素模型进行Morse小波变换,并从小波变换中计算得出信号冲击点,从而得到信号的故障特征频率。该方法还可以利用基于小波变换中时间或尺度平面内的少量孤点来重构信号。最后,采用一组仿真信号数据和两组实验数据来评估所提方法性能,并与其他信号重构方法和时频分析方法对比,结果表明,所提方法对滚动轴承故障信号重建和识别的效果更好。 展开更多
关键词 旋转机械 元素分析 Morse小波 故障特征提取 信号重建
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刚柔耦合地铁齿轮传动系统振动响应分析 被引量:10
7
作者 邱星慧 杨建伟 陈忠伟 《机械传动》 CSCD 北大核心 2018年第3期85-89,共5页
地铁齿轮箱是车辆关键传动部件,其振动情况影响列车行车安全。针对地铁齿轮箱振动响应问题,以地铁齿轮箱实体模型为研究对象,借助Cero及ADAMS的数据接口进行了数据转换,并借助ANSYS实现将齿轮箱体柔性化,基于ADAMS将柔性体替换掉原模型... 地铁齿轮箱是车辆关键传动部件,其振动情况影响列车行车安全。针对地铁齿轮箱振动响应问题,以地铁齿轮箱实体模型为研究对象,借助Cero及ADAMS的数据接口进行了数据转换,并借助ANSYS实现将齿轮箱体柔性化,基于ADAMS将柔性体替换掉原模型对应刚性体,并对其进行合理约束,建立齿轮接触模型,并采用ADAMS内置机械包模块建立轴承副,生成了地铁齿轮箱刚柔耦合动力学模型。根据齿轮箱动力学仿真结果,分析箱体在齿轮启动瞬间及加速阶段存在较大振动冲击,比较各测点的应力应变情况可知,上箱体明显较之下箱体有更显著的振动冲击响应,上箱体观察口及上箱体顶部区域由于信号的叠加作用等因素有较大的应力应变响应,可以考虑对箱体结构进行优化,考虑添加加强筋等措施加强危险节点的稳定性。为地铁车载齿轮箱设计提供参考。 展开更多
关键词 地铁齿轮箱 振动响应 刚柔耦合模型
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受电弓模态分析及上臂杆疲劳裂纹萌生寿命预测 被引量:4
8
作者 周素霞 徐鹏 +3 位作者 孙锐 赵兴晗 郭子豪 卢术娟 《中国科技论文》 CAS 北大核心 2018年第22期2533-2537,共5页
为研究受电弓动态特性以及疲劳裂纹萌生寿命问题,本文建立受电弓三维有限元模型并以受电弓上臂杆为研究对象,基于有限元理论对其进行模态分析与静强度分析,并采用基于临界平面法多轴疲劳寿命预测模型,计算出循环载荷下受电弓薄弱部位疲... 为研究受电弓动态特性以及疲劳裂纹萌生寿命问题,本文建立受电弓三维有限元模型并以受电弓上臂杆为研究对象,基于有限元理论对其进行模态分析与静强度分析,并采用基于临界平面法多轴疲劳寿命预测模型,计算出循环载荷下受电弓薄弱部位疲劳裂纹萌生寿命。通过仿真计算得出:上臂杆垂直振动较大,是影响受电弓上臂杆疲劳裂纹萌生的主要部件,其固有频率范围为1.087 5~15.121 0Hz;受电弓上臂杆最大应力为188.084MPa,位于上臂杆与下臂杆的连接部件即转轴部分,最大应变为5×10-3,其找出了上臂杆薄弱部位,为疲劳裂纹萌生寿命预测提供了理论依据;基于临界平面法,依据静强度计算得出相关数据,估计出上臂杆薄弱部位的疲劳裂纹萌生寿命为30 000次。 展开更多
关键词 车辆工程 受电弓 模态分析 疲劳裂纹 临界平面法 寿命预测
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基于参数自适应的RSSD-CYCBD及在轴承外圈故障特征提取中的应用
9
作者 刘晖 姚德臣 +1 位作者 杨建伟 魏明辉 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第5期836-844,共9页
针对滚动轴承工作环境复杂、故障特征信号易被高强度噪声掩盖的问题,提出了基于参数自适应的共振稀疏分解(RSSD)和最大二阶循环平稳盲解卷积(CYCBD)的滚动轴承故障诊断方法。首先,利用人工大猩猩部队优化算法(GTO),结合相关系数与相关... 针对滚动轴承工作环境复杂、故障特征信号易被高强度噪声掩盖的问题,提出了基于参数自适应的共振稀疏分解(RSSD)和最大二阶循环平稳盲解卷积(CYCBD)的滚动轴承故障诊断方法。首先,利用人工大猩猩部队优化算法(GTO),结合相关系数与相关峭度的融合指标,自适应选择RSSD分解参数,得到了仿真信号的最优低共振分量;然后,利用GTO结合包络熵,自适应选择CYCBD的循环频率和滤波器长度,对最优低共振分量进行了解卷积运算,从包络谱中获得了信号的故障特征频率;最后,利用美国凯斯西储大学试验台和MFS-MG机械故障综合模拟试验台数据,综合验证了该方法的有效性,并将试验结果与RSSD-MCKD方法的结果进行了对比。研究结果表明,该方法能够准确地得到仿真信号的故障频率为20 Hz、美国凯斯西储大学试验台近似故障频率为107.5 Hz、MFS-MG试验台近似故障频率为87.6 Hz。自适应RSSD-CYCBD方法能够有效地识别出故障特征频率及其倍频,实现滚动轴承故障诊断的目的。 展开更多
关键词 滚动轴承 故障诊断 共振稀疏分解 最大二阶循环平稳盲反卷积 人工大猩猩部队优化算法 包络熵 高强度噪声
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基于改进局部均值分解和流形学习的齿轮故障诊断研究 被引量:3
10
作者 沈超 杨建伟 +1 位作者 姚德臣 李熙 《机械传动》 CSCD 北大核心 2018年第1期137-142,共6页
为更有效地利用齿轮振动信号进行故障诊断,提出基于改进局部均值分解(Local Mean Decomposition,LMD)和流形学习(ISOMAP)的齿轮故障特征提取方法。该方法将局部均值分解、模糊熵(Fuzzy Entropy,FE)和流形学习相结合。首先,利用LMD对原... 为更有效地利用齿轮振动信号进行故障诊断,提出基于改进局部均值分解(Local Mean Decomposition,LMD)和流形学习(ISOMAP)的齿轮故障特征提取方法。该方法将局部均值分解、模糊熵(Fuzzy Entropy,FE)和流形学习相结合。首先,利用LMD对原始振动信号进行多尺度分解,并在原LMD方法上添加自适应匹配波形以缓解端点效应对分解结果的影响;然后,对LMD分解后得到的乘积函数(Product Function,PF)进行模糊熵计算,获得原始信号不同尺度下的模糊熵数值,组成高维特征向量;最后,利用ISOMAP对高维特征向量进行二次特征提取,得到低维向量,进行故障识别。实际齿轮实验数据的处理结果表明该方法可以有效的诊断辨别齿轮故障,具有一定的优势。 展开更多
关键词 齿轮故障 局部均值分解 模糊熵 流形学习 ISOMAP
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虚拟现实系统中多自由度电磁跟踪方法仿真 被引量:3
11
作者 聂春萌 杨建伟 《计算机仿真》 北大核心 2019年第4期330-333,共4页
针对传统虚拟现实系统中多自由度电磁跟踪方法存在跟踪性能较差、误差较高等问题,提出一种基于迭代算法的多自由度电磁跟踪方法。将发射端及探测器作为传感器定位软件,利用发射端发出的信号促使三轴完成分时段发射,使脉冲信号能够接收... 针对传统虚拟现实系统中多自由度电磁跟踪方法存在跟踪性能较差、误差较高等问题,提出一种基于迭代算法的多自由度电磁跟踪方法。将发射端及探测器作为传感器定位软件,利用发射端发出的信号促使三轴完成分时段发射,使脉冲信号能够接收由探测器传回的电磁信号和环境磁场信号。运用磁场信号引入磁场源的运动信息,采用机械的方式控制磁棒的旋转,使磁棒与传感器处于理想的状态。根据两者之间的状态,采用迭代算法对传感器的旋转角进行定位,实现电磁跟踪。仿真结果证明,所提方法有效减少了跟踪过程中产生的位置误差,并且跟踪性能都有所提高,达到了较为理想的跟踪效果。 展开更多
关键词 虚拟现实系统 多自由度 电磁跟踪方法
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新型闸片结构关键部件应力及寿命分析 被引量:2
12
作者 周素霞 孙锐 +3 位作者 赵兴晗 孙晨龙 郭子豪 徐鹏 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期127-132,共6页
制动系统为CRH动车组列车中最为关键的系统之一,而目前国内高铁上安装的闸片大多数采用进口形式,成本较高.本文在保证互换性与实用性的基础上,设计出新型闸片结构.以该种新型闸片结构为例,利用ABAQUS有限元分析软件在最恶劣情况下进行... 制动系统为CRH动车组列车中最为关键的系统之一,而目前国内高铁上安装的闸片大多数采用进口形式,成本较高.本文在保证互换性与实用性的基础上,设计出新型闸片结构.以该种新型闸片结构为例,利用ABAQUS有限元分析软件在最恶劣情况下进行仿真分析,得到关键连接部件的Mises应力,通过等寿命疲劳转换,得到该闸片关键部件的疲劳寿命.结果表明:该新型闸片结构满足相关标准规定的强度与疲劳寿命要求,故可做进一步装车试验,推进闸片国产化进程. 展开更多
关键词 载运工具运用工程 闸片 疲劳寿命 等效应力 热机耦合
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稀疏分解方法综述及其在旋转机械故障诊断中的应用 被引量:2
13
作者 胡年炜 杨建伟 姚德臣 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2018年第11期155-161,共7页
近二十年来,特别是近十年来,稀疏分解的理论与应用都取得了重大的发展,在故障诊断领域也有大量文献发表。针对已发表的文献,对稀疏分解方法的发展进行综述,在简要介绍稀疏分解方法的基础上,针对其存在的问题总结了现存的改进算法,包括... 近二十年来,特别是近十年来,稀疏分解的理论与应用都取得了重大的发展,在故障诊断领域也有大量文献发表。针对已发表的文献,对稀疏分解方法的发展进行综述,在简要介绍稀疏分解方法的基础上,针对其存在的问题总结了现存的改进算法,包括改进原子库、改进计算速度,其中快速算法主要介绍智能稀疏分解方法,并总结了稀疏分解方法在旋转机械故障诊断中的应用,此外,还讨论了一些新的研究趋势,包括人工智能稀疏分解、针对特定信号的稀疏分解以及有利于故障诊断技术发展的复合故障稀疏分解方法等。总结得到,稀疏分解方法在旋转机械故障诊断领域的发展具有广阔的前景,未来会有大量结合人工智能的新算法出现。 展开更多
关键词 稀疏分解 旋转机械 故障诊断 人工智能
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高速铁路车轮与钢轨型面匹配分析 被引量:2
14
作者 刘学 张军 +2 位作者 邹小春 吕岩治 马贺 《中国科技论文》 CAS 北大核心 2020年第2期188-193,共6页
根据我国高速铁路多种钢轨型面在线路中的使用情况,建立车辆动力学模型,研究不同磨耗阶段S1002CN车轮与3种钢轨型面(CHN60轨、60D轨和60N轨)的动力学匹配问题,分析轮轨接触几何关系、运行平稳性、振动幅频特性和磨耗数等动力学评价指标... 根据我国高速铁路多种钢轨型面在线路中的使用情况,建立车辆动力学模型,研究不同磨耗阶段S1002CN车轮与3种钢轨型面(CHN60轨、60D轨和60N轨)的动力学匹配问题,分析轮轨接触几何关系、运行平稳性、振动幅频特性和磨耗数等动力学评价指标。结果表明:当60D轨和60N轨与标准S1002CN车轮匹配、车轮横移量在±12 mm时,接触点位置仍在轨顶附近,比CHN60轨对中性好;当60D轨和60N轨与不同磨耗阶段S1002CN车轮匹配时,横向、垂向振动主频率均低于CHN60轨匹配情况,平稳性相对较优;60N轨与不同磨耗阶段车轮匹配最大磨耗数和总磨耗数均低于其他2种钢轨,更适应各磨耗阶段S1002CN车轮,具有良好的匹配性和经济性。 展开更多
关键词 高速铁路 轮轨接触 动力学性能 型面匹配 磨耗
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基于自适应共振解调的齿轮故障诊断方法
15
作者 廉朋 杨建伟 姚德臣 《机械传动》 CSCD 北大核心 2018年第3期169-174,共6页
针对传统共振解调技术难以确定带通滤波器参数及受噪声影响较大,诊断效果不佳的问题,提出一种基于EEMD、信息熵和快速峭度图的自适应共振解调方法。该方法通过EEMD方法将故障信号分解成若干个固有模态分量,利用互相关系数方法自适应重... 针对传统共振解调技术难以确定带通滤波器参数及受噪声影响较大,诊断效果不佳的问题,提出一种基于EEMD、信息熵和快速峭度图的自适应共振解调方法。该方法通过EEMD方法将故障信号分解成若干个固有模态分量,利用互相关系数方法自适应重构信号以突出故障特征信号,对信息熵最小的固有模态分量进行谱峭度分析,自适应确定带通滤波器的中心频率和带宽,最后对通过滤波的重构信号进行Hilbert包络谱分析。数字仿真实验和实测齿轮故障数据分析结果表明,该方法可以有效突出故障特征信号,证明了该方法的有效性。 展开更多
关键词 EEMD 信息熵 谱峭度 自适应共振解调
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