一种基于贝叶斯网络的滚动轴承故障诊断方法技术

技术编号:8592637 阅读:233 留言:0更新日期:2013-04-18 05:44
本发明专利技术涉及一种基于贝叶斯网络的滚动轴承故障诊断方法。常见滚动轴承故障诊断方法,需建立数学模型,初期诊断不理想;选择小波基函数问题未得到解决;推理过程解释性差。本发明专利技术对轴承振动信号采样,获取样本,进行N点快速Fourier变换处理,将时域信号转成频域信号,计算故障特征向量,对故障特征向量进行离散化,建立故障诊断推理贝叶斯网络模型,设置待诊断故障样本,获取轴承观测证据,在BN模型中完成故障诊断类型节点Bearing信度θ更新,计算故障诊断类型节点,输出结果。本发明专利技术避免对振动信号进行复杂的数学建模过程,所得诊断推理模型具有特征参量少、故障特征突出和解释性良好等优点,是解决滚动轴承故障诊断问题的有效途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用特征信号进行建模与推理的故障诊断方法,具体涉及。
技术介绍
滚动轴承是旋转机械中最为重要的机械零件之一,广泛应用于化工、冶金、电力、航空等各个重要部门,同时它也是最易损坏的元件之一。轴承性能与工况的好坏直接影响到与之相关联的轴以及安装在转轴上的齿轮乃至整台机器设备的性能,其缺陷会导致设备产生异常振动和噪声,甚至造成设备损坏。因此,对滚动轴承故障进行诊断,尤其是对于早初期故障的分析,避免事故的发生,在生产实际中尤为重要。目前常见的滚动轴承故障诊断方法有故障机理分析法、基于信号和人工智能的诊断方法。基于故障机理分析的诊断方法,往往需要建立复杂的非线性动力学数学模型,而且对于局部缺陷,尤其是对故障的初期的诊断不甚理想;基于信号的诊断方法,如基于小波变换的时频域分析方法也被提出,小波基函数的选取对故障诊断的效果影响较大,而如何选择小波基函数的问题尚未得到有效解决;基于人工智能的故障诊断方法中,目前主要是利用人工神经网络,通过不断的学习和对系统进行信息的反馈,完成对诊断目标的分类。但其缺点是推理过程解释性差,而且当待诊断样本不完备(数据有缺失)时,神经网络不能进行有效的推理工作,无法利用故障的早期特征对轴承进行相应诊断。滚动轴承运行出现异常时,会直接反映到振动信号上,导致信号幅值域上特征参数的变化。每个待诊断目标都有其与众不同的特征表象。然而,在嘈杂、不确定性、动态的环境下利用信号特征进行快速、准确的故障的诊断,是一个复杂而艰巨的任务。贝叶斯网络(Bayesian network,简称BN)作为解决不确定性和不完备信息问题处理的有效方法,由于其有机地结合`了概率论与图论的理论成果,是可应用于故障诊断的理想工具。将问题域转化为贝叶斯网络模型表示后,便可利用贝叶斯网络理论完成推理任务。贝叶斯网络的推理是贝叶斯网络研究的重要内容。其中,连接树(又称为联合树,Junctiontree )算法是目前计算速度快、应用最广的BN精确推理算法之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供,利用贝叶斯网络的学习能力和推理结果反映滚动轴承的故障状态、提高诊断的准确性和有效性。本专利技术所采用的技术方案是 ,其特征在于 由以下步骤实现 第I步设置故障诊断信度阈值参数Θ *和故障样本初始参数;设置样本数据组m初值大小;设置故障类型Bearing取值事件q的个数;设置故障类型初值参数s={l,…,q},类型标签 tag_s={l, .··, q};第2步对不同故障引起的轴承的振动信号进行采样,获取样本数据data_s={tag_s fs(η) I L=mN;m、N为正自然数;η=0,…,L_l};其中采集信号fs (η)分为m组长度各为N的数据,设j为组别号,则本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于贝叶斯网络的滚动轴承故障诊断方法,其特征在于:由以下步骤实现:第1步:设置故障诊断信度阈值参数θ*和故障样本初始参数;设置样本数据组m初值大小;设置故障类型Bearing取值事件q的个数;设置故障类型初值参数s={1,…,q},类型标签tag_s={1,…,q};第2步:对不同故障引起的轴承的振动信号进行采样,获取样本数据data_s={tag_s?fs(n)|?L=mN;m、N为正自然数;n=0,…,L?1};其中采集信号fs(n)分为m组长度各为N的数据,设j为组别号,则;第3步:对fs,j(n’)进行N点快速Fourier变换处理,可将时域信号转成频域信号,计算公式如下:;???????????????第4步:计算故障特征向量:根据信号离散Fourier变换的性质,频谱沿N/2点呈对称;按频率信号用等距切分法将分成v段(其中k’=0,1,?…,(N/2)?1),并分段求和得到Ws,j,u,其中u=1,…,v;第5步:用等距切分法对故障特征向量进行离散化,以加快模型推理速度:将连续型变量Ws,j,u的数值按变量取值范围均匀划成r等份,属性值分别采用数字1至r代表;第6步:建立故障诊断推理贝叶斯网络模型:故障类型作为父节点Bearing;Bearing有q个取值事件;以v个离散化特征向量Wu(u=1,?…,v)作为子节点;用有向边依次连接父节点和子节点,即Bearing作为v条有向边的箭尾,箭头分别指向Wu,建立BN结构;第7步:设置待诊断故障样本参数,获取待诊断轴承的观测证据,即待诊断样本;取m=1、s和tag_s均设为空集Ф,重复第2步至第5步的方法,对观测的振动信号进行数据采集及离散化处理,可以获得观测证据ev,即待诊断故障特征向量数据;第8步:在BN模型中,输入待诊断观测证据ev,利用Pearl的连接树算法进行推理,从而完成故障诊断类型节点Bearing信度θ更新;第9步:若θ>θ*,按计算故障诊断类型节点,并输出诊断结果,故障诊断过程停止;否则,返回第7步,继续通过传感器系统捕获观测证据。2012105062310100001dest_path_image002.jpg,2012105062310100001dest_path_image004.jpg,2012105062310100001dest_path_image006.jpg,2012105062310100001dest_path_image008.jpg,2012105062310100001dest_path_image010.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种基于贝叶斯网络的滚动轴承故障诊断方法,其特征在于由以下步骤实现第I步设置故障诊断信度阈值参数Θ *和故障样本初始参数;设置样本数据组m初值大小;设置故障类型Bearing取值事件q的个数;设置故障类型初值参数s={l,…,q},类型标签 tag_s={l, .··, q};第2步对不同故障引起的轴承的振动信号进行采样,获取样本数据data_s={tag_s fs (η) I L=mN;m、N为正自然数;η=0,…,L_l};其中采集信号fs (η)分为m组长度各为N的数据,设j为组别号,则2.根据权利要求1所述的一种基于贝叶斯网络的滚动轴承故障诊断方法,其特征在于第I步中,所述的Θ*范围一般取O. 7至O. 8 (即70%至80%);m值常取80至100…常取值为3或4。3.根据权利要求1或2所述的一种基于贝叶斯网络的滚动轴承故障诊断方法,其特征在于 第2步中,N值取1024...

【专利技术属性】
技术研发人员:郭文强侯勇严周强付菊
申请(专利权)人:陕西科技大学
类型:发明
国别省市:

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