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《燕山大学》 2011年
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基于混沌分形与模糊聚类的滚动轴承故障诊断

赵玉春  
【摘要】:随着科学技术的不断发展,机械设备结构日益复杂化、自动化,机械故障诊断技术越来越受到重视。论文针对机械故障振动信号非平稳性、非线性等复杂特征,提出一种基于混沌分形的故障定性及定量分析方法,同时针对机械故障模式复杂难以识别的特点,给出一种基于模糊最大似然估计(Fuzzy Maximum Likelihood Estimates,简称FMLE)聚类的故障识别方法,然后将上述理论研究应用在滚动轴承的故障检测中并给出结果。 首先,介绍了滚动轴承的结构、分类、振动机理与故障形式,阐述了传统的振动信号分析方法,包括时域分析,频域分析,时频分析等。 其次,分析了现有的相空间重构方法的局限性,并提出一种基于微分熵的,能够同时确定嵌入维数和延迟时间的相空间重构方法,在此基础上,将基于相空间重构的延迟向量方差(Delay Vector Variance,简称DVV)算法应用到机械故障信号处理。DVV算法对非线性信号具有很高的敏感性,通过DVV分布图或DVV散点图可以对不同机械故障进行定性描述。然后将多重分形去趋势波动分析(Multifractal Detrended Fluctuation Analysis,简称MF-DFA)引入到机械故障诊断,研究了多重分形谱参数的提取,并将其作为故障诊断的判据为故障的模式识别做准备。 接着,针对传统的模糊C均值聚类算法只适用于球形或者类球形数集分布的缺陷,将基于最大似然估计距离测度的FMLE聚类引入故障特征聚类中,实现对不同形状、大小和密度的故障数据集模糊聚类,达到对机械故障自动识别的效果。 最后,通过对美国凯斯西储大学(Case Western Reserve University)滚动轴承故障数据进行分析发现,所提方法可以对不同程度的滚动轴承故障进行定性描述和定量刻画,通过FMLE聚类可以取得良好的识别效果。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TH165.3

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