利索能及
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专利号: 2024100866559
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种低速重载工况下的轴承故障诊断方法,其特征在于,具体步骤为:步骤一、采集低速重载工况下的混合振动信号,基于信号频谱分布特性确定信号分量中心频率和信号个数,并采用单分量VMD逐一提取信号分量,具体过程为:步骤①、确定分解次数T;

步骤②、计算信号频谱的粗粒化能量分布谱;

步骤③、基于能量分布谱确定分量初始化中心频率;

步骤④、基于上述初始化中心频率对原始信号进行第一次单分量VMD分解,分解出一个信号分量,然后将这一信号分量从原始信号中移除,将剩余信号作为一个新的原始信号继续处理;

步骤⑤、重复步骤①至④进行下一次单分量VMD分解,如此重复,直至到达确定的分解次数T;

步骤二、通过SAE挖掘步骤一提取信号的内部信息,从各信号分量中充分提取高阶特征,增强不同信号分量之间的差异特性,具体步骤如下:步骤A、通过权重Wx和偏置bx对信号s=[s1,s2,...sn]进行编码,得到隐藏层向量h,n为单个样本的长度;

h=f(Ws·s+bs)                                             (1)式中f(*)为激活函数;

步骤B、通过权重Wx和偏置bx对隐藏层进行解码,得到原始信号;

s'=f(Wh·h+bh)                                            (2)步骤C、定义重构损失函数;

单样本重构误差:

1 2 m

数据集S=[s ,s ,...s]重构误差:

步骤D、使用随机梯度下降算法优化模型,并使用反向传播算法获得所需梯度,更新权重Wx和偏置bx;

步骤E、重复步骤A至D,直到满足误差要求或达到迭代次数;

步骤F、将隐藏层向量h作为新的信号进行解码编码,得到新的隐藏层向量,如此持续,直到达到设定的堆叠层数,从而完成各个信号分量的高阶特征提取过程;

步骤三、采用RF构建高阶特征与故障类别标签之间的映射关系,根据映射关系并结合步骤二获取的各信号分量的高阶特征,从而得到当前信号对应的故障类别标签,最终实现低速重载工况下的轴承故障的精确诊断。

2.根据权利要求1所述低速重载工况下的轴承故障诊断方法,其特征在于,所述步骤三中RF采用基于Bagging随机选择属性的方法,有效降低了树与树之间的相关性,同时建立的单棵非剪枝决策树能达到较低的误差,保证了RF分类的准确性,其具体步骤如下:步骤Ⅰ、使用Bagging方法生成p个训练集,对每个训练集使用dropout方法从原始特征集中提取n个特征;

步骤Ⅱ、对于每个训练集,生成一棵不需要剪枝的决策树,根据训练集的个数p生成t棵决策树;

步骤Ⅲ、对样本进行分类,输出类别名称通过森林中树木的多数投票来确定;

其中,I(*)为示性函数其中,c为树hi对预测类c的分类结果, 为叶子中的节点数;通过上述过程构建高阶特征与故障类别标签之间的映射关系。