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LLTSA特征降维与ELM模型在单向阀故障诊断中的应用

张朝林 范玉刚

张朝林, 范玉刚. LLTSA特征降维与ELM模型在单向阀故障诊断中的应用[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(7): 1024-1028. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180296
引用本文: 张朝林, 范玉刚. LLTSA特征降维与ELM模型在单向阀故障诊断中的应用[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(7): 1024-1028. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180296
Zhang Zhaolin, Fan Yugang. Application of LLTSA Feature Dimensionality Reduction and ELM Model in Fault Diagnosis of Check Valve[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(7): 1024-1028. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180296
Citation: Zhang Zhaolin, Fan Yugang. Application of LLTSA Feature Dimensionality Reduction and ELM Model in Fault Diagnosis of Check Valve[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(7): 1024-1028. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180296

LLTSA特征降维与ELM模型在单向阀故障诊断中的应用

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180296
基金项目: 

国家自然科学基金项目 61741310

详细信息
    作者简介:

    张朝林(1991-), 硕士研究生, 研究方向为故障诊断, zzldpn@vip.qq.com

    通讯作者:

    范玉刚, 副教授, 硕士生导师, ygfan@qq.com

  • 中图分类号: TH11;TP181

Application of LLTSA Feature Dimensionality Reduction and ELM Model in Fault Diagnosis of Check Valve

  • 摘要: 信号的单一特征难以全面反映设备运行状态,而利用多域特征表征设备运行状态时,随着特征维数增加,将引发维数灾难,导致分类器性能退化,降低状态监测模型的辨识性能。针对这一问题,提出线性局部切空间排列(Linear local tangent space alignment,LLTSA)特征降维与极限学习机(Extreme learning machine,ELM)模型的故障诊断方法,利用LLTSA从高维特征空间提取低维流形,实现信号特征的维数约简,保证模型分类性能。该方法首先利用完备总体经验模态分解(Complementary ensemble empirical mode decomposition,CEEMD)对振动信号进行分解,采用相关系数与峭度准则筛选分量,重构得到降噪后的振动信号;然后,计算重构信号的多域特征,并利用LLTSA进行特征维数约简;最后,利用其低维本质特征建立ELM故障诊断模型,监测设备运行状态。高压隔膜泵单向阀运行状态监测实验表明,对振动信号进行特征维数约简,降低特征间的冗余性,可提高ELM模型的故障识别精度。
  • 图  1  磨损击穿状态CEEMD分解

    表  1  7个时域特征数学表达式

    特征名称 数学表达式
    峰峰值
    方差
    峭度
    均方根
    波形因子
    裕度因子
    脉冲因子
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    表  2  实验器件型号

    实验器件 型号
    三缸曲轴驱动活塞式隔膜泵 TZPM
    加速度传感器 PCB-ICP
    加速度校准器 PCB-394C06
    高精度8通道动态数据采集卡 PXIe-3342
    控制器 PXI-3050EXT 2.7GHZ
    工控机 PXI-9108EXT 8槽PXI机箱
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    表  3  各IMF分量的相关系数与峭度值

    IMF1 IMF2 IMF3 IMF4 IMF5
    相关系数 0.22 0.45 0.53 0.64 0.55
    峭度值 48.41 5.72 4.89 3.31 4.36
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    表  4  不同情况下ELM模型测试集结果

    处理方式 无处理 LLTSA CEEMD CEEMD+LLTSA
    测试集分类结果/% 75.28 85.58 78.25 87.66
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  • [1] Ma J, Wu J D, Wang X D. Fault diagnosis method of check valve based on multikernel cost-sensitive extreme learning machine[J]. Complexity, 2017, 2017:8395252
    [2] 牟竹青, 冯早, 黄国勇, 等.自适应随机共振和DEMD的单向阀早期故障诊断[J].机械科学与技术, 2018, 37(4):537-544 http://jxkx.cbpt.cnki.net/WKA2/WebPublication/paperDigest.aspx?paperID=29d3d547-6a91-403c-bca4-005c68db3f98

    Mu Z Q, Feng Z, Huang G Y, et al. Early fault diagnosis of check valve with adaptive stochastic resonance and DEMD[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2018, 37(4):537-544(in Chinese) http://jxkx.cbpt.cnki.net/WKA2/WebPublication/paperDigest.aspx?paperID=29d3d547-6a91-403c-bca4-005c68db3f98
    [3] 郭燕平, 颜文俊, 包哲静, 等.基于经验模态分解和散度指标的风力发电机滚动轴承故障诊断方法[J].电力系统保护与控制, 2012, 40(17):83-87 doi: 10.7667/j.issn.1674-3415.2012.17.016

    Guo Y P, Yan W J, Bao Z J, et al. Fault diagnosis of bearing in wind turbine based on empirical mode decomposition and divergence index[J]. Power System Protection and Control, 2012, 40(17):83-87(in Chinese) doi: 10.7667/j.issn.1674-3415.2012.17.016
    [4] 黄建, 胡晓光, 巩玉楠.基于经验模态分解的高压断路器机械故障诊断方法[J].中国电机工程学报, 2011, 31(12):108-113 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgdjgcxb201112018

    Huang J, Hu X G, Gong Y N. Machinery fault diagnosis of high voltage circuit breaker based on empirical mode decomposition[J]. Proceedings of the CSEE, 2011, 31(12):108-113(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgdjgcxb201112018
    [5] Wu Z H, Huang N E. Ensemble empirical mode Decomposition:a noise-assisted data analysis method[J]. Advances in Adaptive Data Analysis, 2009, 1(1):1-41 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dianzixb201305033
    [6] Yeh J R, Shieh J S, Huang N E. Complementary ensemble empirical mode decomposition:a novel noise enhanced data analysis method[J]. Advances in Adaptive Data Analysis, 2010, 2(2):135-156 http://d.old.wanfangdata.com.cn/NSTLQK/NSTL_QKJJ0219457365/
    [7] 谈超, 关佶红, 周水庚.增量与演化流形学习综述[J].智能系统学报, 2012, 7(5):377-388 doi: 10.3969/j.issn.1673-4785.201204028

    Tan C, Guan J H, Zhou S G. Incremental and evolutionary manifold learning:a survey[J]. CAAI Transactions on Intelligent Systems, 2012, 7(5):377-388(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1673-4785.201204028
    [8] Zhuang Z, Ding J M, Tan A C, et al. Fault detection of high-speed train wheelset bearing based on impulse-envelope manifold[J]. Shock and Vibration, 2017, 2017:2102720
    [9] Wu J, Wu C Y, Lv Y Q, et al. Design a degradation condition monitoring system scheme for rolling bearing using EMD and PCA[J]. Industrial Management & Data Systems, 2017, 117(4):713-728 http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=79002940c21c47eb7663f84a65d3936f
    [10] Kumar A, Kumar R. Manifold learning using linear local tangent space alignment (LLTSA) algorithm for noise removal in wavelet filtered vibration signal[J]. Journal of Nondestructive Evaluation, 2016, 35(3):50 doi: 10.1007/s10921-016-0366-4
    [11] 向丹, 葛爽.基于EMD样本熵-LLTSA的故障特征提取方法[J].航空动力学报, 2014, 29(7):1535-1542 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hkdlxb201407004

    Xiang D, Ge S. Method of fault feature extraction based on EMD sample entropy and LLTSA[J]. Journal of Aerospace Power, 2014, 29(7):1535-1542(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hkdlxb201407004
    [12] 苏祖强, 汤宝平, 姚金宝.基于敏感特征选择与流形学习维数约简的故障诊断[J].振动与冲击, 2014, 33(3):70-75 doi: 10.3969/j.issn.1000-3835.2014.03.015

    Su Z Q, Tang B P, Yao J B. Fault diagnosis method based on sensitive feature selection and manifold learning dimension reduction[J]. Journal of Vibration and Shock, 2014, 33(3):70-75(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1000-3835.2014.03.015
    [13] Luo M, Li C S, Zhang X Y, et al. Compound feature selection and parameter optimization of ELM for fault diagnosis of rolling element bearings[J]. ISA Transactions, 2016, 65:556-566 doi: 10.1016/j.isatra.2016.08.022
    [14] 彭进, 王维庆, 王海云, 等.基于EEMD峭度-相关系数准则的多特征量风电机组轴承故障诊断[J].可再生能源, 2016, 34(10):1481-1490 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ncny201610010

    Peng J, Wang W Q, Wang H Y, et al. Fault diagnosis method of wind turbine's bearing based on EEMD kurtosis-correlation coefficients criterion and multiple features[J]. Renewable Energy Resources, 2016, 34(10):1481-1490(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ncny201610010
    [15] 张小龙, 张氢, 秦仙蓉, 等.基于ITD-形态滤波和Teager能量谱的轴承故障诊断[J].仪器仪表学报, 2016, 37(4):788-795 doi: 10.3969/j.issn.0254-3087.2016.04.010

    Zhang X L, Zhang Q, Qin X R, et al. Fault diagnosis method for rolling bearing based on ITD-morphological filter and Teager energy spectrum[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2016, 37(4):788-795(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.0254-3087.2016.04.010
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  • 收稿日期:  2018-06-13
  • 刊出日期:  2019-07-05

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