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ADMOW方法及其在滚动轴承状态识别中的应用

潘海洋 张建 郑近德 潘紫微

潘海洋, 张建, 郑近德, 潘紫微. ADMOW方法及其在滚动轴承状态识别中的应用[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(7): 1093-1100. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180285
引用本文: 潘海洋, 张建, 郑近德, 潘紫微. ADMOW方法及其在滚动轴承状态识别中的应用[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(7): 1093-1100. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180285
Pan Haiyang, Zhang Jian, Zheng Jinde, Pan Ziwei. ADMOW Pattern Recognition Method and its Application on State Recognition of Rolling Bearings[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(7): 1093-1100. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180285
Citation: Pan Haiyang, Zhang Jian, Zheng Jinde, Pan Ziwei. ADMOW Pattern Recognition Method and its Application on State Recognition of Rolling Bearings[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(7): 1093-1100. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180285

ADMOW方法及其在滚动轴承状态识别中的应用

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180285
基金项目: 

安徽省自然科学基金项目 1708085QE107

国家重点研发计划课题项目 2017YFC0805103

国家自然科学基金项目 51505002

详细信息
    作者简介:

    潘海洋(1989-), 博士研究生, 研究方向为设备状态监测、故障诊断, pansea@sina.cn

  • 中图分类号: V233;TH113

ADMOW Pattern Recognition Method and its Application on State Recognition of Rolling Bearings

  • 摘要: 针对滚动轴承振动信号的状态特征及特征数据中存在"异常值"的现象,提出了基于优化加权代理判别模型(Agent discriminate model based optimization weighted,ADMOW)的模式识别方法。该方法首先通过计算样本特征值的类相似度对特征值进行评价,并依据评价结果对特征值赋予权值,以此弱化"异常值"导致模型出现偏差的问题;然后利用粒子群优化(Particle swarm optimization,PSO)算法对所建立的模型参数进行优化,得到更加准确可靠的分类模型;最后采用建立的优化加权代理预测模型对待测样本进行识别。滚动轴承实验结果表明,与以往的模式识别方法相比,该方法能有效地提高识别准确率。
  • 图  1  ADMOW方法的故障诊断流程框图

    图  2  滚动轴承各状态的振动信号时域波形

    图  3  外圈故障信号LCD分解结果

    图  4  外圈故障信号各项特征值分布图

    图  5  外圈故障下各特征值预测模型的适应度变化曲线

    Figure  5.  4

    图  6  VPMCD模型的分类精度

    图  7  ADMOW模型的分类精度

    图  8  滚动轴承故障实验装置

    表  1  滚动轴承实验参数

    轴承型号 转速/(r·min -1) 采样频率/kHz 电机负载/kW
    6205-2RS 1 730 48 2.24
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    表  2  ADMOW的特征类可分性评价指标

    特征序号 正常状态 内圈故障 外圈故障 滚动体故障
    1 0.516 6 0.002 4 0.015 4 0.000 3
    2 0.120 6 0.243 6 0.125 4 0.656 9
    3 0.239 1 0.498 9 0.469 8 0.068 8
    4 0.123 6 0.255 2 0.389 4 0.273 9
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    表  3  PSO算法参数设定

    群体大小 迭代次数 最大权重 最小权重 学习因子 约束因子
    30 50 0.95 0.4 c1=c2=2 0.729
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    表  4  各种分类器的分类结果对比

    %
    分类器 正常轴承 内圈故障 外圈故障 滚动体故障 总识别率
    RBF 100 100 74 96 92.5
    SVM 94 90 99 100 95.75
    VPMCD 98 99 83 97 94.25
    加权ADM 100 93 100 100 98.25
    优化ADM 100 99 91 100 97.5
    ADMOW 100 99 100 100 99.75
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    表  5  各种分类器的FRR、FAR指标

    %
    分类器 性能评价指标 正常轴承 内圈故障 外圈故障 滚动体故障
    VPMCD FAR 0 6.67 0 1
    FRR 2 1 17 3
    加权ADM FAR 0 0 2.33 0
    FRR 0 7 0 0
    优化ADM FAR 0 3 0 0.33
    FRR 0 1 9 0
    ADMOW FAR 0 0 0.33 0
    FRR 0 1 0 0
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    表  6  不同故障尺寸、不同负载下的ADMOW识别率

    %
    故障尺寸 负载 正常状态 内圈故障 外圈故障 滚动体故障 总识别率
    0.01778 0 100 100 100 100 100
    0.735 100 100 100 100 100
    1.470 100 100 100 100 100
    2.205 100 100 100 100 100
    0.03556 0 - - - - -
    0.735 100 100 100 99 99.75
    1.470 100 94 100 100 98.5
    2.205 100 96 100 99 98.75
    0.05334 0 100 88 93 100 92.75
    0.735 100 90 100 100 97.5
    1.470 100 100 100 100 100
    2.205 100 100 100 99 99.75
    注:“-”代表信号数据不足。
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    表  7  不同故障尺寸、不同负载下的VPMCD识别率

    %
    故障尺寸 负载 正常状态 内圈故障 外圈故障 滚动体故障 总识别率
    0.01778 0 100 100 97 100 99.25
    0.735 100 100 100 100 100
    1.470 100 100 100 100 100
    2.205 100 100 100 100 100
    0.03556 0 - - - - -
    0.735 98 52 76 59 71.25
    1.470 100 38 83 33 63.5
    2.205 100 64 93 57 78.5
    0.05334 0 100 84 68 85 84.25
    0.735 100 95 88 90 93.25
    1.470 100 92 80 81 88.25
    2.205 100 99 87 83 92.25
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    表  8  各种分类器的分类结果对比

    %
    分类器 正常轴承 内圈故障 外圈故障 总识别率
    VPMCD 100 81.25 100 93.75
    ADM 100 82.5.5 100 94.17
    加权ADM 100 97.5 98.75 98.75
    优化ADM 100 96.25 100 98.75
    ADMOW 100 98.75 100 99.58
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  • 收稿日期:  2018-09-03
  • 刊出日期:  2019-07-05

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