1.一种智能旋转机械故障深度网络特征辨识方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,获取旋转机械的原始振动信号;
步骤2,利用奇异谱分析方法,对原始振动信号进行分解重构得到重构振动序列;
步骤3,计算重构振动序列的均方根值RMSE、标准差SDE、偏度指标Skewness和峰值M;
步骤4,将重构振动序列进行集合经验模态分解,得到一组固有模态分量C1(t),C2(t),…Cn(t),并计算得到各个固有模态分量Ci(t)的排列熵值Hi;
步骤5,构建训练样本,训练诊断模型;
将旋转机械的原始振动信号对应的均方根值RMSE、标准差SDE、偏度指标Skewness、峰值M和机械故障位置,作为旋转机械的第一训练样本;
将旋转机械的原始振动信号对应的各个固有模态分量Ci(t)的排列熵值Hi和机械故障类型,作为旋转机械的第二训练样本;
以旋转机械的第一训练样本为输入、故障位置为输出,训练第一支持向量机,得到旋转机械故障位置诊断模型;
以旋转机械的第二训练样本为输入、故障类型为输出,训练第二支持向量机,得到旋转机械故障类型诊断模型;
步骤6,实时采集待检测旋转机械的原始振动信号,按步骤2-3获取待检测旋转机械的原始振动信号所对应的均方根值RMSE、标准差SDE、偏度指标Skewness和峰值M,并输入到旋转机械故障位置诊断模型,旋转机械故障位置诊断模型输出待检测旋转机械的故障位置;
当旋转机械故障位置诊断模型输出的故障位置为无故障,则结束故障检测;否则执行步骤7;
步骤7,按步骤4获取待检测旋转机械的重构振动信号所对应的各个固有模态分量Ci(t)的排列熵值Hi,并输入到旋转机械故障类型诊断模型,旋转机械故障类型诊断模型输出待检测旋转机械的故障类型。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述利用奇异谱分析方法,对原始振动信号进行分解重构得到重构振动序列的具体过程为:步骤A1,嵌入操作;
将原始振动信号X=(x1,x2,x3…,xN)变换为Z=[Z1,Z2,Z3…,ZK],其中,Zi=(xi,xi+1,xi+2,…,xi+L-1),K=N-L+1,L表示嵌入维数,且L∈[2,N];最终映射的结果为轨迹矩阵Z:步骤A2,将轨迹矩阵Z进行奇异值分解;
设矩阵H=ZZT,且λ1,λ2,…λL(λ1,≥≥…≥λL≥0)为矩阵H的特征值,其中ZT是轨迹矩阵Z的转置矩阵,通过奇异值分解的方法,将轨迹矩阵Z进行如下变换从而得到Zf;
Zf=Z1+Z2+…+Zd,
其中 为轨迹矩阵Z的奇异值,Ui和Vi分别表示轨迹矩阵Z的左右特征向量,其中d=L*=min{L,K};
步骤A3,将分解后的矩阵Zf进行分组;
将区间{1,2,…,d}分割为非连接的子集I1,I2,…Im,则轨迹矩阵Z可表示为:步骤A4,将分组后的轨迹矩阵Z重构为长度为N的重构振动序列Xc;
轨迹矩阵Z是L×K的矩阵,L*=min(L,K),K*=max(L,K),N=L+K-1,当L<K时,否则 重构振动序列为Xc=(xc1,xc2,…,xcn),且xcn为:
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述均方根值RMSE、标准差SDE、偏度指标Skewness和峰值M的计算公式为:M=max|xcn(i)|;
其中,xcn(i)表示重构振动序列中的第i个元素, 表示重构振动序列中元素的均值。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述将重构振动序列进行集合经验模态分解的具体过程为:步骤B1,求得重构信号序列Xc=(xc1,xc2,…,xcn)中的极大值和极小值,采用三次样条函数进行插值拟合上包络线bmax(t)和下包络线bmin(t);
步骤B2,计算上下包络线的平均值m(t),提取h(t)=x(t)-m(t),判断h(t)是否满足固有模态分量条件,如果满足,则设h(t)为第一个固有模态分量;否则将h(t)作为新的重构振动序列Xc;
步骤B3,重复步骤B1和B2,直到经过n次筛选后的差值hn(t)满足固有模态分解条件,则将该差值hn(t)设为第一个固有模态分量,记作C1(t)=hn(t);
步骤B4,将重构信号序列Xc转化为剩余序列R1(t)=Xc-C1(t);
步骤B5,将剩余序列R1(t)重复步骤B1-B4,得到其余的固有模态分量,直到余量Rn(t)为单调函数时终止循环,得到一组固有模态分量C1(t),C2(t),…Cn(t)。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述各个固有模态分量Ci(t)的排列熵值Hi的具体过程为:步骤C1,对固有模态分量C1(t)进行相空间重构,得到矩阵其中j=1,2,…,W,d为嵌入维数,τ为延迟时间,W为重构分量的个数;
步骤C2,将矩阵Y中每一行{x(j),x(j+τ),…,x(j+(d-1)τ}按照升序重新排列,将每一行重新表示为{x(j1),x(j2+τ),…,x(jd+(d-1)τ},从而每一行得到一组符号序列:S(l)={j1,j2,…,jd};
式中l=1,2,…,W;
步骤C3,计算每一组符号序列出现的概率,得到P1,P2,…PW,那么固有模态分量C1(t)的排列熵值为:步骤C4,对剩余的固有模态分量重复步骤C1-C3,计算出所有固有模态分量的排列熵值,按照顺序排列为H1,H2,…Hn。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,当旋转机械故障类型诊断模型输出的故障类型为无故障,则重复步骤7;当重复步骤7达到预设次数时,输出的故障类型仍为无故障,则结束故障检测。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述故障位置包括无故障、外圈故障、内圈故障、滚动体故障和保持架故障。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述故障类型包括无故障、疲劳剥落、磨损、腐蚀和胶合。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述训练样本集包括低速运行、中速运行和高速运行三种工况下的旋转机械。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述旋转机械为滚动轴承。