1.一种改进BWO‑VMD‑TOPSIS降噪的旋转机械故障诊断方法,包括以下步骤:步骤一:输入旋转机械振动信号;
步骤二:通过中心频率法得到分解层数K值的范围,并设置好惩罚因子α的范围;
步骤三:以最小包络熵作为适应度函数,运用改进的白鲸优化算法对VMD进行参数寻优,得到[K,α]最优组合;
步骤四:基于[K,α]最优组合,对振动信号进行VMD信号分解,得到若干IMF分量;
步骤五:根据各IMF分量的相关性系数、峭度指标和包络熵通过TOPSIS算法构建综合指标,对IMF分量进行筛选、重构;
步骤六:对重构振动信号进行STFT变换,得到二维时频图像,并基于卷积神经网络对重构振动信号的二维时频图像进行故障诊断;
步骤三中,改进的白鲸优化算法,其步骤如下:(1)首先,判定算法处于探索阶段还是开发阶段,即:当Bf>0.5时,算法处于探索阶段;当Bf<0.5时,算法处于开发阶段;(2)若算法判定为开发阶段,则进一步判定算法处于鲸落阶段还是搁浅阶段,即:当Gf
Wf=0.2‑0.1t/T
Gf=0.1‑0.05t/T
其中,r0为(0,1)范围内的随机数;t为当前迭代次数;T为最大迭代次数;
搁浅阶段的位置更新公式如下:
t t
其中,r8、r9和r10是(0,1)之间的随机数,Xi 是第i条白鲸的当前位置,Xr 是一条随机的白鲸的当前位置,trnd(nu)为自由度为nu的t分布中的一个随机数,Xstep是搁浅的步长,确定为:其中,C3为与鲸鱼搁浅概率和种群大小相关的步长因子C3=2Gf×n,ub和lb分别为变量的上界和下界;
步骤五中,所述通过TOPSIS算法构建综合指标,对IMF分量进行筛选、重构,其步骤如下:(1)对步骤四得到的K个IMF分量去除[K/2]个高频分量,其中[]表示向下取整;(2)计算剩余各IMF分量的相关性系数、峭度指标和包络熵;(3)通过TOPSIS算法构建综合指标;(4)通过筛选后的IMF分量进行信号重构。
2.如权利要求1所述的一种改进BWO‑VMD‑TOPSIS降噪的旋转机械故障诊断方法,其特征在于,步骤二中,所述通过中心频率法得到分解层数K值的范围,并设置好惩罚因子α的范围,具体操作如下:首先,将惩罚因子α设置为默认值1000,分别对K取2到10的正整数时进行VMD分解,得到IMF分量并计算各中心频率;其次,计算最后一个IMF分量之间的中心频率误差,将最终连续出现中心频率误差在0.01以内范围的K值确定为最佳的K值范围;最后,惩罚因子α的搜索范围设置为(100,2000)。
3.如权利要求1所述的一种改进BWO‑VMD‑TOPSIS降噪的旋转机械故障诊断方法,其特征在于,步骤三中,所述包络熵定义为:其中a(j)是由VMD分解的K个IMF分量经Hilbert解调后的包络信号,ε(j)是通过计算a(j)的归一化得到的概率分布序列,N为采样点数,计算概率分布序列ε(j)的熵值即为包络熵Ep。
4.如权利要求1所述的一种改进BWO‑VMD‑TOPSIS降噪的旋转机械故障诊断方法,其特征在于,步骤五中,所述通过TOPSIS算法构建综合指标,其步骤如下:
1)根据去除[K/2]个高频分量后剩余各IMF分量的相关性系数的最大值、峭度指标的最大值、包络熵的最小值确定正理想解,根据去除[K/2]个高频分量后剩余各IMF分量的相关性系数的最小值、峭度指标的最小值、包络熵的最大值确定负理想解;
2)计算正负理想解之间的欧式距离;
3)计算去除[K/2]个高频分量后剩余各IMF分量到负理想解之间的欧式距离;
4)以去除[K/2]个高频分量后剩余各IMF分量到负理想解之间的欧式距离与正负理想解之间的欧式距离之比,作为该分量的综合指标。