留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

应用ICEEMDAN和SVM的行星齿轮箱故障诊断

王浩楠 崔宝珍 彭智慧 任川

王浩楠, 崔宝珍, 彭智慧, 任川. 应用ICEEMDAN和SVM的行星齿轮箱故障诊断[J]. 机械科学与技术, 2023, 42(1): 24-30. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220020
引用本文: 王浩楠, 崔宝珍, 彭智慧, 任川. 应用ICEEMDAN和SVM的行星齿轮箱故障诊断[J]. 机械科学与技术, 2023, 42(1): 24-30. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220020
WANG Haonan, CUI Baozhen, PENG Zhihui, REN Chuan. Fault Diagnosis of Planetary Gearbox using ICEEMDAN and SVM[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(1): 24-30. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220020
Citation: WANG Haonan, CUI Baozhen, PENG Zhihui, REN Chuan. Fault Diagnosis of Planetary Gearbox using ICEEMDAN and SVM[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(1): 24-30. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220020

应用ICEEMDAN和SVM的行星齿轮箱故障诊断

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220020
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51175480

山西省重点研发计划(国际合作)项目 201903D421008

中北大学先进制造技术山西省重点实验室开放课题研究基金 XJZZ202007

详细信息
    作者简介:

    王浩楠(1997-), 硕士研究生, 研究方向为现场测试及机械故障诊断, 1872182205@qq.com

    通讯作者:

    崔宝珍, 副教授, 硕士生导师, 744212889@qq.com

  • 中图分类号: TH132.41

Fault Diagnosis of Planetary Gearbox using ICEEMDAN and SVM

  • 摘要: 针对行星齿轮箱复合故障准确分类问题,应用了改进自适应噪声完备集合经验模态分解(ICEEMDAN)和支持向量机(SVM)相结合的故障诊断方法。首先,将行星齿轮箱的不同故障信号分别进行ICEEMDAN分解,得到各阶内禀模态函数(IMF); 其次,利用各阶IMF分量与原信号的相关性大小,剔除虚假的IMF分量; 最后,以优选IMF分量的多尺度模糊熵均值作为特征向量,输入到多分类SVM中进行故障分类,分类准确率高达100%,实验结果证明了该方法的可行性。
  • 图  1  CEEMDAN与ICEEMDAN分解对比

    图  2  HFXZ-I行星齿轮箱故障诊断试验平台

    图  3  齿轮故障工况图

    图  4  传感器测点布置位置

    图  5  行星齿轮箱正常工况ICEEMDAN分解结果

    图  6  正常工况下各IMF分量的频域互相关系数

    图  7  EMD分解SVM分类预测图

    图  8  CEEMDAN分解SVM分类预测图

    图  9  ICEEMDAN分解SVM分类预测图

    表  1  行星齿轮箱4种工况的部分特征向量

    工况 IMF1 IMF2 IMF3 IMF4 IMF5 IMF7
    1 0.169
    0.168
    0.169
    0.160
    0.165
    0.233
    0.235
    0.224
    0.232
    0.225
    0.356
    0.288
    0.373
    0.311
    0.354
    0.566
    0.575
    0.550
    0.571
    0.527
    0.421
    0.447
    0.416
    0.453
    0.463
    0.362
    0.374
    0.343
    0.354
    0.366
    2 0.094
    0.091
    0.085
    0.096
    0.081
    0.143
    0.145
    0.140
    0.148
    0.145
    0.343
    0.310
    0.333
    0.287
    0.309
    0.426
    0.421
    0.386
    0.447
    0.401
    0.453
    0.542
    0.554
    0.510
    0.477
    0.374
    0.350
    0.379
    0.306
    0.357
    3 0.056
    0.054
    0.059
    0.056
    0.059
    0.139
    0.125
    0.132
    0.129
    0.121
    0.348
    0.287
    0.311
    0.312
    0.318
    0.469
    0.474
    0.469
    0.479
    0.456
    0.462
    0.453
    0.554
    0.469
    0.521
    0.345
    0.371
    0.352
    0.382
    0.392
    4 0.048
    0.050
    0.050
    0.055
    0.046
    0.163
    0.151
    0.146
    0.157
    0.156
    0.288
    0.282
    0.280
    0.304
    0.304
    0.468
    0.434
    0.432
    0.441
    0.408
    0.401
    0.362
    0.404
    0.320
    0.413
    0.356
    0.290
    0.370
    0.384
    0.304
    下载: 导出CSV

    表  2  3种方法分类对比

    特征提取方法 分类准确率/% 每种工况用时/s
    EMD
    CEEMDAN
    ICEEMDAN
    90
    95
    100
    154.465
    726.077
    554.869
    下载: 导出CSV
  • [1] 饶振刚. 行星齿轮传动设计[M]. 北京: 化学工业出版社, 2007

    RAO Z G. Planetary gear transmission design[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2007 (in Chinese)
    [2] 丁康, 李巍华, 朱小勇. 齿轮及齿轮箱故障诊断实用技术[M]. 北京: 机械工业出版社, 2005: 1-4

    DING K, LI W H, ZHU X Y. Practical technology for fault diagnosis of gears and gearboxes[M]. Beijing: Mechanical Industry Press, 2005: 1-4 (in Chinese)
    [3] 雷亚国, 何正嘉, 林京, 等. 行星齿轮箱故障诊断技术的研究进展[J]. 机械工程学报, 2011, 47(19): 59-67 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201119010.htm

    LEI Y G, HE Z J, LIN J, et al. Research advances of fault diagnosis technique for planetary gearboxes[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2011, 47(19): 59-67 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201119010.htm
    [4] 熊国良, 甄灿壮, 张龙, 等. 基于CEEMDAN多尺度排列熵的轴承故障智能识别Fisher-GG聚类方法[J]. 噪声与振动控制, 2020, 40(6): 1-7+28 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZSZK202006002.htm

    XIONG G L, ZHEN C Z, ZHANG L, et al. Intelligent fault recognition of rolling bearings using fisher-GG clustering and CEEMDAN-based multi-scale permutation entropy[J]. Noise and Vibration Control, 2020, 40(6): 1-7+28 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZSZK202006002.htm
    [5] TORRES M E, COLOMINAS M A, SCHLOTTHAUER G, et al. A complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise[C]//2011 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP). Prague, Czech Republic: IEEE, 2011: 4144-4147
    [6] COLOMINAS M A, SCHLOTTHAUER G, TORRES M E. Improved complete ensemble EMD: A suitable tool for biomedical signal processing[J]. Biomedical Signal Processing and Control, 2014, 14: 19-29 doi: 10.1016/j.bspc.2014.06.009
    [7] 裴振伟, 朱平. 基于ICEEMDAN-MLP的肺音信号识别研究[J]. 电子设计工程, 2021, 29(1): 96-100 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GWDZ202101020.htm

    PEI Z W, ZHU P. Research on lung sound signal recognition based on ICEEMDAN-MLP[J]. Electronic Design Engineering, 2021, 29(1): 96-100 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GWDZ202101020.htm
    [8] 管一臣, 童攀, 冯志鹏. 基于ICEEMDAN方法和频率解调的行星齿轮箱故障电流信号特征分析[J]. 振动与冲击, 2019, 38(24): 41-47 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDCJ201924006.htm

    GUAN Y C, TONG P, FENG Z P. Planetary gearbox fault diagnosis via current signature analysis based on ICEEMDAN and frequency demodulation[J]. Journal of Vibration and Shock, 2019, 38(24): 41-47 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDCJ201924006.htm
    [9] 姚瑞琦. 基于信息熵的直升机自动倾斜器滚动轴承故障诊断方法研究[D]. 南昌: 南昌航空大学, 2017

    YAO R Q. Research on fault diagnosis method of helicopter swashplate rolling bearing based on information entropy[D]. Nanchang: Nanchang Hangkong University, 2017 (in Chinese)
    [10] ZHANG J X, GUO Y H, SHEN Y L, et al. Improved CEEMDAN-wavelet transform de-noising method and its application in well logging noise reduction[J]. Journal of Geophysics and Engineering, 2018, 15(3): 775-787 doi: 10.1088/1742-2140/aaa076
    [11] 张梅军, 唐建, 何晓晖. EEMD方法及其在机械故障诊断中的应用[M]. 北京: 国防工业出版社, 2015: 76-84

    ZHANG M J, TANG J, HE X H. EEMD method and its application in mechanical fault diagnosis[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2015: 76-84 (in Chinese)
    [12] 郑近德, 陈敏均, 程军圣, 等. 多尺度模糊熵及其在滚动轴承故障诊断中的应用[J]. 振动工程学报, 2014, 27(1): 145-151 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDGC201401020.htm

    ZHENG J D, CHEN M J, CHENG J S, et al. Multiscale fuzzy entropy and its application in rolling bearing fault diagnosis[J]. Journal of Vibration Engineering, 2014, 27(1): 145-151 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDGC201401020.htm
    [13] 柴兴亮, 刘薇娜. 基于改进CEEMDAN和多尺度模糊熵的气阀故障诊断[J]. 组合机床与自动化加工技术, 2020(10): 140-143+147 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZHJC202010033.htm

    CHAI X L, LIU W N. Gas valve fault diagnosis based on improved CEEMDAN and Multi-scale fuzzy entropy[J]. Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique, 2020(10): 140-143+147 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZHJC202010033.htm
    [14] 周建民, 王发令, 张臣臣, 等. 基于特征优选和GA-SVM的滚动轴承智能评估方法[J]. 振动与冲击, 2021, 40(4): 227-234 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDCJ202104031.htm

    ZHOU J M, WANG F L, ZHANG C C, et al. An intelligent method for rolling bearing evaluation using feature optimization and GA-SVM[J]. Journal of Vibration and Shock, 2021, 40(4): 227-234 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDCJ202104031.htm
    [15] 潘峰, 唐东林, 陈印, 等. 管道腐蚀缺陷超声信号的PSO-SVM模式识别研究[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(5): 751-757 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190197

    PAN F, TANG D L, CHEN Y, et al. Ultrasonic signal pattern Recognition of pipeline corrosion defects with PSO-SVM[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(5): 751-757 (in Chinese) doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190197
  • 加载中
图(9) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  113
  • HTML全文浏览量:  124
  • PDF下载量:  49
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-27
  • 刊出日期:  2023-01-25

目录

    /

    返回文章
    返回