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参数优化VMD与OMPE结合的滚动轴承故障诊断研究

杨云 张昊宇 薛元贺 丁磊

杨云, 张昊宇, 薛元贺, 丁磊. 参数优化VMD与OMPE结合的滚动轴承故障诊断研究[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(5): 666-672. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200388
引用本文: 杨云, 张昊宇, 薛元贺, 丁磊. 参数优化VMD与OMPE结合的滚动轴承故障诊断研究[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(5): 666-672. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200388
YANG Yun, ZHANG Haoyu, XUE Yuanhe, DING Lei. Rolling Bearing Fault Diagnosis Research Combined Parameter Optimization VMD with OMPE[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(5): 666-672. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200388
Citation: YANG Yun, ZHANG Haoyu, XUE Yuanhe, DING Lei. Rolling Bearing Fault Diagnosis Research Combined Parameter Optimization VMD with OMPE[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(5): 666-672. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200388

参数优化VMD与OMPE结合的滚动轴承故障诊断研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200388
基金项目: 

江西省科技厅基金项目 20161BBH80032

详细信息
    作者简介:

    杨云(1972-), 高级实验师, 研究方向为故障诊断、检测技术及自动化, yyang@ecjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TH133

Rolling Bearing Fault Diagnosis Research Combined Parameter Optimization VMD with OMPE

  • 摘要: 针对难以判别的轴承运行振动信号中的状态特征, 提出参数优化变分模态分解(VMD)和最优多尺度排列熵(OMPE)结合的特征向量构建的方法, 采用支持向量机(SVM)进行故障诊断。VMD的分解结果由分解个数和惩罚因子限制, 采用量子粒子群算法(QPSO)优化达到分解的最优效果。考虑轴承运行的周期性质, 提出基于轴承故障运行周期特性的最优多尺度排列熵概念, 运用模态分量与最优尺度排列熵结合构建特征向量。通过不同方法采用支持向量机识别对比分析, 表明上述提出的方法能有效提取特征, 提高轴承的故障诊断的精度。
  • 图  1  轴承内圈故障振动时域图

    图  2  正常状态下不同采样点下的排列熵值与尺度因子的关系曲线

    图  3  IMF1的排列熵值与尺度因子间的关系曲线

    图  4  故障诊断流程图

    图  5  采用VMD-OMPE方法的最终识别分类图

    表  1  不同K值下所对应的中心频率

    K 中心频率/Hz
    3 525 2 113 2 981 - - - -
    4 507 1 134 2 245 2 984 - - -
    5 505 1 130 2 137 2 818 3 037 - -
    6 503 1 125 2 075 2 365 2 847 3 042 -
    7 492 1 002 1 199 2 185 2 760 2 975 3 114
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    表  2  不同α值下对应的中心频率

    α 中心频率/Hz
    500 504 1 130 2 171 2 752 2 974 3 114
    1 000 504 1 130 2 171 2 752 2 974 3 113
    1 500 504 1 130 2 171 2 751 2 974 3 113
    2 000 503 1 125 2 075 2 365 2 847 3 042
    2 500 503 1 125 2 075 2 365 2 847 3 042
    3 000 503 1 125 2 075 2 365 2 847 3 042
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    表  3  参数组合在[6, 2 000]时的包络熵值

    n 1 2 3 4 5 6
    Ep 6.797 6 6.521 9 6.651 7 6.517 2 6.445 0 6.570 4
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    表  4  采用VMD-PE方法构建的特征向量

    标签 特征值1 特征值2 特征值3 特征值4
    1 1.108 9 1.372 2 1.673 2 1.713 2
    2 1.213 3 1.357 2 1.499 6 1.619 0
    3 1.110 8 1.344 6 1.580 2 1.644 3
    4 0.930 2 1.277 5 1.583 5 1.716 8
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  • 收稿日期:  2020-07-28
  • 刊出日期:  2022-05-01

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