论文中文题名: | 基于IWTD-VMD和ISSA-SVM的 电机轴承故障诊断方法 |
姓名: | |
学号: | 21206227120 |
保密级别: | 保密(1年后开放) |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085800 |
学科名称: | 工学 - 能源动力 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2024 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 电气设备故障诊断 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2024-06-16 |
论文答辩日期: | 2024-06-06 |
论文外文题名: | Fault diagnosis method of motor bearing based on IWTD-VMD and ISSA-SVM |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Motor bearing fault diagnosis ; Improved wavelet threshold denoising ; Adaptive variational mode decomposition ; Common feature extraction ; Improved sparrow search algorithm ; SVM |
论文中文摘要: |
电机轴承作为旋转机械中的关键部件,其工作状态影响整个机械设备的运转乃至人员安全,因此对电机轴承进行故障诊断具有非常重要的现实意义。随着智能制造技术的不断完善和发展,故障诊断将会为高效、安全和稳定的工业生产提供可靠保障。本文主要从电机轴承振动信号的处理、故障特征的提取与降维和故障诊断模型的建立与改进三个方面入手,对电机轴承故障诊断进行深入研究,以达到提高故障诊断准确率及减少诊断时间的目标。 首先,本文在了解电机轴承基本结构和失效形式的基础上,对其故障特征频率模型进行分析。针对小波阈值函数在去噪方面的不足,提出一种改进的阈值函数以消除噪声影响。同时引入变分模态分解方法(Variational Mode Decomposition, VMD)对振动信号进行分解,根据提出的综合评价指标筛选出有效分量进行重构,对其进行包络谱分析,得到每一种故障的特征频率。其次,对重构后的信号进行多域指标求解并构建故障特征集。将利用类内、类间距离筛选出的特征指标与使用平均影响值(Mean Impact Value, MIV)筛选出来的特征指标进行共性特征提取,得到一个维数更低的故障特征集。最后,针对传统优化算法收敛速度慢和识别率低的问题,引入Tent混沌映射、指南针算子和社会因子,并借鉴萤火虫算法的吸引跟随策略对麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm, SSA)进行改进。在此基础上利用改进后的麻雀搜索算法(Improved Sparrow Search Algorithm, ISSA)对支持向量机(Support Vector Machine, SVM)的惩罚参数C和核参数g进行寻优,建立ISSA-SVM故障诊断模型。综上分析,本文建立一种基于改进小波阈值去噪(Improved Wavelet Threshold Denoising, IWTD)、自适应变分模态分解和改进麻雀搜索算法优化支持向量机相结合的电机轴承故障诊断模型。 在上述工作的基础上,利用在实验平台上所采集的轴承振动信号对本文所提故障诊断模型进行验证。通过对比本文构建的五种故障特征集,验证了本文所提降维方法的有效性。将SVM、SSA-SVM、WOA-SVM和ISSA-SVM模型进行对比,结果表明ISSA具有较强的优化能力。通过BPNN、RF、ELM和ISSA-SVM模型的对比分析,结果说明本文模型在诊断准确率和诊断时间等方面具有一定的优越性。继而,借助MATLAB 软件的图形用户界面(Graphical User Interfaces, GUI)工具开发出一套电机轴承故障诊断系统。通过本文所建立的电机轴承故障诊断模型,能够有效提高诊断准确率,减少诊断时间,进而确保系统的正常运行和稳定。 |
论文外文摘要: |
As a key part of rotating machinery, the working state of motor bearing affects the operation of the whole mechanical equipment and even the safety of personnel, so the fault diagnosis of the motor bearing has very important practical significance. With the continuous improvement and development of intelligent manufacturing technology, fault diagnosis will provide a reliable guarantee for efficient, safe and stable industrial production. In this paper, the fault diagnosis of motor bearing is lucubrated from three aspects: the processing of motor bearing vibration signals, the extraction and dimension reduction of fault feature, the establishment and improvement of fault diagnosis model, so as to improve the accuracy of fault diagnosis and reduce the diagnosis time. Firstly, the bearing fault characteristic frequency model is analyzed based on the understanding of motor bearing basic structure and failure form. Aiming at the shortcomings of wavelet threshold function in denoising, an improved threshold function is proposed to eliminate the noise effect. At the same time, the variational mode decomposition (VMD) method is introduced to decompose the vibration signal. According to the proposed comprehensive evaluation index, the effective components are selected for reconstruction, and the envelope spectrum analysis is carried out to obtain the characteristic frequency of each fault. Secondly, the reconstructed signal is solved by multi-domain index and the fault feature set is constructed. The feature indexes selected by the intra-class and inter-class distance and the feature indexes selected by the average influence value (MIV) are used to extract the common features, and a fault feature set with lower dimension is obtained. Finally, aiming at the problems of slow convergence speed and low recognition rate of traditional optimization algorithms, sparrow search algorithm (SSA) is improved by introducing Tent chaotic mapping, compass operator and social factor, and referring to the attraction following strategy of firefly algorithm. On this basis, the improved sparrow search algorithm (ISSA) is used to optimize the penalty factor and kernel parameters of support vector machine (SVM), and the ISSA-SVM fault diagnosis model is established. In summary analysis, a motor bearing fault diagnosis model based on improved wavelet threshold denoising (IWTD), adaptive VMD and ISSA-SVM is established. On the basis of the above work, the bearing vibration signals collected on the experimental platform are used to verify the fault diagnosis model proposed in this paper. By comparing the five fault feature sets constructed in this paper, the effectiveness of the proposed dimension reduction method is verified. The comparison of SVM, SSA-SVM, WOA-SVM and ISSA-SVM models, results show that ISSA has strong optimization ability. Through the comparison and analysis of BPNN, RF, ELM and ISSA-SVM models, results show that the proposed model has certain advantages in diagnosis accuracy and diagnosis time. Then, with the help of graphical user interfaces (GUI) tool of MATLAB software, a set of motor bearing fault diagnosis system is developed. The motor bearing fault diagnosis model constructed in this paper can effectively improve the diagnosis accuracy, reduce the diagnosis time, and ensure the normal operation and stability of the system. |
参考文献: |
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中图分类号: | TH17 |
开放日期: | 2025-06-17 |