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《湖南大学》 2005年
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基于EMD和支持向量机的旋转机械故障诊断方法研究

杨宇  
【摘要】:机械设备的诊断过程包括诊断信息获取、故障特征信息提取和状态识别三部分。其中,故障特征提取和状态识别是诊断的关键。本文将时频分析的新方法—经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,简称EMD)和模式识别的新技术—支持向量机(Support Vector Machine,简称SVM)相结合应用于旋转机械故障诊断当中。EMD方法基于信号的局部特征时间尺度,可把信号分解为若干个内禀模态函数(Intrinsic Mode Function,简称IMF)之和,分解出的各个IMF分量突出了数据的局部特征,对其进行分析可以更准确有效地把握原数据的特征信息。此外,由于每一个IMF所包含的频率成分不仅仅与采样频率有关,更为重要的是它还随着信号本身的变化而变化,因此EMD方法是一种自适应的时频局部化分析方法,它从根本上摆脱了Fourier变换的局限性,具有很高的信噪比,非常适用于非平稳、非线性过程。针对旋转机械故障振动信号的非平稳特征,本文将EMD方法引入旋转机械故障特征提取当中,对其基本理论进行了研究,对其边界效应提出了解决方案,并在此基础上提出了五种基于内禀模态函数的故障特征提取方法。支持向量机有比神经网络更好的泛化能力,且能保证找到的极值解就是全局最优解,同时它还较好地解决了小样本的学习分类问题。针对机械故障诊断中难以获得大量典型故障样本的实际情况以及支持向量机优良的分类性能,本文采用支持向量机作为分类器对旋转机械的工作状态和故障类型进行了分类,并对支持向量机在小样本故障诊断中的应用进行了较为全面的研究。对实验数据的分析结果表明,EMD和SVM相结合可有效地应用于旋转机械故障诊断当中。 本文主要工作包括: (1)讨论了传统时频分析方法在信号处理中的应用,指出了其缺陷,并在此基础上介绍了时频分析的新方法—Hilbert-Huang变换,它包括EMD方法和Hilbert变换两部分。对仿真信号的分析结果表明,EMD方法的分解效果优于小波方法;Hilbert谱具有比小波谱更高的分辨率;Hilbert-Huang变换所得到的Hilbert边际谱具有比FT谱更高的分辨率。 (2)采用EMD方法和Hilbert变换对信号进行时频分析时会产生边界效应,针对这一问题,本文采用径向基函数网络对信号进行了延长。对仿真信号的分析结果表明,该延拓方法能有效地抑制边界效应。 (3)在分析传统统计模式识别方法和人工神经网络分类器的缺陷的基础上,针对机械故障诊断中难以获得大量典型故障样本的实际情况以及支持向量机优良的分类性能,将支持向量机引入旋转机械故障诊断当中。采用神经网络和支持向量机两种技术进行了小样本试验研究,研究结果表明支持向量机无论在训练速度
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TH17

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 钱莉;徐国平;陈文元;杨宁;;基于混合EMD方法的加速度计信号处理[J];传感技术学报;2010年11期
2 范虹;郭鹏;王芳梅;;非平稳信号稀疏表示的研究发展[J];计算机应用;2012年01期
3 张学君;贾民平;蒋全胜;;基于EMD的高速滚动轴承故障诊断[J];中国制造业信息化;2009年09期
4 王传菲;安钢;胡易平;杨凡杰;;基于EMD和相关的滚动轴承故障包络谱分析[J];煤矿机械;2010年06期
5 韩中合;韩悦;朱霄珣;;基于IMF信息熵与SVM的转子振动故障智能诊断方法[J];华北电力大学学报(自然科学版);2012年04期
6 姚莉;李磊民;黄玉清;;一种免疫算法与SVR的Hilbert-Huang边界优化[J];数据采集与处理;2012年02期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 蒋玲莉;基于核方法的旋转机械故障诊断技术与模式分析方法研究[D];中南大学;2010年
2 刘伟;综放工作面煤矸界面识别理论与方法研究[D];中国矿业大学(北京);2011年
3 蒋永华;旋转机械非平稳信号微弱特征提取方法研究[D];重庆大学;2010年
4 吴晓;基于声传感器阵列的油气管道内检测器地面标记跟踪技术研究[D];天津大学;2010年
5 谢光军;液体火箭发动机涡轮泵实时故障检测技术及系统研究[D];国防科学技术大学;2006年
6 李占芳;矿井提升系统振动特性及典型故障诊断研究[D];中国矿业大学;2008年
7 徐红梅;内燃机振声信号时频特性分析及源信号盲分离技术研究[D];浙江大学;2008年
8 周雄;基于GA-NN的旋转机械故障逐次诊断研究[D];重庆大学;2008年
9 徐国平;基于支持向量机的动调陀螺仪寿命预测方法研究[D];上海交通大学;2008年
10 张安兵;动态变形监测数据混沌特性分析及预测模型研究[D];中国矿业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘卫兵;基于局域均值分解的机械故障诊断方法研究[D];郑州大学;2010年
2 谢小可;抑制EMD端点效应方法的研究[D];昆明理工大学;2010年
3 陆洋;HHT端点问题抑制方法的研究[D];昆明理工大学;2010年
4 李聪;基于概念驱动的变速箱故障诊断机理研究[D];吉林大学;2011年
5 刘晓娟;基于希尔伯特—黄变换和支持向量机的齿轮箱故障诊断研究[D];中北大学;2011年
6 吴少华;分布式设备故障诊断的嵌入式数据采集系统的研制[D];江西理工大学;2011年
7 曾作钦;基于奇异值分解的信号处理方法及其在机械故障诊断中的应用[D];华南理工大学;2011年
8 汪凯;感应电动机转子和轴承故障检测方法研究[D];天津理工大学;2011年
9 陈荣刚;基于在线检测信息的储罐底板腐蚀状态智能评价方法研究[D];东北石油大学;2011年
10 王树梁;基于HHT的提升机天轮轴承故障诊断方法研究[D];山东大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王志鹏,马孝江;基于RBF网络的旋转机械故障诊断方法[J];大连理工大学学报;2001年06期
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3 刘占生,刘成敏,刘树春,范显峰,唐炳照;小波分析和分形几何在转子动静碰摩故障诊断中的应用[J];哈尔滨工业大学学报;1999年01期
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5 张桂才,轩建平,史铁林,杨叔子;基于小波包的转子轴心轨迹提纯方法[J];华中理工大学学报;1998年12期
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 王邦元,王年,吴先良,汪炳权;一种基于高斯小波变换的红外热图象阈值自动选择方法[J];安徽大学学报(自然科学版);2000年02期
3 王东霞;张楠;路晓丽;;基于育种算法的SVM参数优化[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年04期
4 陶秀凤,唐诗忠,周鸣争;基于支持向量机的软测量模型及应用[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2004年02期
5 杜建丽;林振山;张真真;刘会玉;;基于EMD的河北省人口净增量与粮食净增量的相关分析[J];安徽农业科学;2008年15期
6 张月丛;孟宪锋;;基于Morlet小波的河北省耕地数量动态分析[J];安徽农业科学;2008年19期
7 许高程;张文君;王卫红;;支持向量机技术在遥感影像滑坡体提取中的应用[J];安徽农业科学;2009年06期
8 程伟;张燕平;赵姝;;支持向量机在粮食产量预测中的应用[J];安徽农业科学;2009年08期
9 武素华;;基于最小二乘支持向量机的土壤含水量检测的研究与分析[J];安徽农业科学;2009年09期
10 刘志凌;孙燕;;我国耕地保有量多时间尺度分析[J];安徽农业科学;2009年27期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 ;An effective procedure exploiting unlabeled data to build monitoring system[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(下)[C];2012年
2 宋海鹰;桂卫华;阳春华;;基于核偏最小二乘的简约最小二乘支持向量机及其应用研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 ;A Novel Kernel PCA Support Vector Machine Algorithm with Feature Transition Function[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 陈保家;李力;赵新泽;;基于尺度-小波能量谱、粗糙集和神经网络集成的内燃机故障诊断方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 ;Rolling Bearing Fault Diagnosis Based on Wavelet Packet and RBF Neural Network[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 顾小军;杨世锡;钱苏翔;;基于支持向量机的旋转机械多类故障识别研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 吕蓬;柳亦兵;马强;魏于凡;;支持向量机在齿轮智能故障诊断中的应用研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 姜明辉;袁绪川;;基于GA优化的个人信用评估SVM模型[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
9 杜陈艳;肖敏;张榆锋;苏娜峰;王荔芳;陈明;石岩岩;白宝丹;;相空间最近邻非线性自适应预测法在EMD边缘效应中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 韩露;余正涛;邓锦辉;章程;毛存礼;郭剑毅;;领域知识关系对领域文本分类的影响[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 魏海霞;爆破地震波作用下建筑结构的动力响应及安全判据研究[D];山东科技大学;2010年
2 赵莹;半监督支持向量机学习算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 蔡智富;脉压雷达信号的识别与参数估计算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王婷;EMD算法研究及其在信号去噪中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 母丽华;煤矿安全预警系统的方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 殷志伟;基于统计学习理论的分类方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 朱广平;混响干扰中的信号检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 张之猛;水声信号处理中的盲解卷积技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
10 郑大腾;柔性坐标测量机空间误差模型及最佳测量区研究[D];合肥工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 展慧;基于多源信息融合技术的板栗分级检测方法研究[D];华中农业大学;2010年
2 杜二玲;拟概率空间上等均值噪声下统计学习理论的理论基础[D];河北大学;2007年
3 朱杰;一种基于聚类的支持向量机反问题求解算法[D];河北大学;2007年
4 高昌鑫;Hilbert-Huang变换改进算法及其在齿轮箱故障诊断中的应用研究[D];河南理工大学;2010年
5 李金华;基于SVM的多类文本分类研究[D];山东科技大学;2010年
6 刘维会;不平衡数据集上支持向量机算法研究[D];山东科技大学;2010年
7 安文娟;Fisher和支持向量综合分类器[D];辽宁师范大学;2010年
8 姜成玉;基于支持向量机的时间序列预测[D];辽宁师范大学;2010年
9 江达秀;基于HMAX模型的人脸表情识别研究[D];浙江理工大学;2010年
10 姜念;区间自适应粒子群算法研究及其应用[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 栾元重,范玉红,薛利兵,薛怀军,祝仰民;地表移动趋势项预测模型的研究[J];地下空间;2004年01期
2 凌同华;彭欣;李夕兵;;软岩巷道变形的混沌研究[J];地下空间与工程学报;2007年03期
3 刘贵喜,扬万海,谢仕聘;光纤电流传感器微弱信号检测技术[J];半导体光电;1998年02期
4 张建宇;高立新;崔玲丽;王双启;王国栋;;基于小波消噪技术的轧机轴承早期故障诊断[J];北京工业大学学报;2006年08期
5 高立新;王大鹏;刘保华;丁庆新;丁芳;李民;;轴承故障诊断中共振解调技术的应用研究[J];北京工业大学学报;2007年01期
6 杜修力;何立志;侯伟;;基于经验模态分解(EMD)的小波阈值除噪方法[J];北京工业大学学报;2007年03期
7 韩秋实,许宝杰,雷纪刚;刹车装置摩擦噪声的动力学模型及理论分析[J];北京机械工业学院学报;1999年02期
8 杨尔辅,张振鹏,崔定军;液发推力室和涡轮泵故障监测与诊断技术研究[J];北京航空航天大学学报;1999年05期
9 魏传锋,李运泽,王浚,于涛;航天器热故障诊断专家系统推理机的设计[J];北京航空航天大学学报;2005年01期
10 纪秋颖;林健;;基于核方法的聚类算法及其应用[J];北京航空航天大学学报;2006年06期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王婷;EMD算法研究及其在信号去噪中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 黄伟国;基于振动信号特征提取与表达的旋转机械状态监测与故障诊断研究[D];中国科学技术大学;2010年
3 鞠萍华;旋转机械早期故障特征提取的时频分析方法研究[D];重庆大学;2010年
4 李刚;知识发现的图模型方法[D];中国科学院软件研究所;2001年
5 盖强;局域波时频分析方法的理论研究与应用[D];大连理工大学;2001年
6 张海勇;基于局域波法的非平稳随机信号分析中若干问题的研究[D];大连理工大学;2001年
7 曹龙汉;柴油机智能化故障诊断技术研究[D];重庆大学;2001年
8 胡茑庆;转子碰摩非线性行为与故障辨识的研究[D];国防科学技术大学;2001年
9 刘洪刚;液体火箭发动机智能故障诊断理论与策略研究[D];国防科学技术大学;2002年
10 钟佑明;希尔伯特—黄变换局瞬信号分析理论的研究[D];重庆大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘卫兵;基于局域均值分解的机械故障诊断方法研究[D];郑州大学;2010年
2 陆洋;HHT端点问题抑制方法的研究[D];昆明理工大学;2010年
3 梅杰;基于人工神经网络的旋转机械故障诊断专家系统[D];武汉理工大学;2011年
4 王胜涛;基于EEMD的冠脉狭窄舒张期心音分析算法研究[D];杭州电子科技大学;2011年
5 吴小季;基于SVM图像分类方法的研究[D];南京信息工程大学;2011年
6 刘晓娟;基于希尔伯特—黄变换和支持向量机的齿轮箱故障诊断研究[D];中北大学;2011年
7 李娜;基于模糊C均值及粒子群参数优化的支持向量机故障诊断方法研究[D];电子科技大学;2011年
8 昌大伟;旋转机械故障诊断专家系统知识库与诊断推理的研究[D];浙江工业大学;2001年
9 成琼;基于小波分析的齿轮故障诊断研究[D];湖南大学;2001年
10 崔莅凯;智能化农业信息系统中不精确推理和基于案例推理的研究[D];昆明理工大学;2002年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王淑芳;于芙蓉;;LS-SVM在烟气轮机振动故障诊断中的应用研究[J];北京石油化工学院学报;2012年02期
2 赵明生;张建华;易长平;;独立分量分析在爆破振动信号分离中的应用初探[J];爆炸与冲击;2011年02期
3 钱莉;徐国平;陈文元;杨宁;;基于混合EMD方法的加速度计信号处理[J];传感技术学报;2010年11期
4 朱丹丹;王鹏;;EMD消噪在取样光栅滤波器设计中的应用[J];传感技术学报;2012年03期
5 文鸿雁;王成;袁昌茂;王新桥;;变形系统的混沌化研究[J];测绘科学;2011年06期
6 郑佳;文鸿雁;袁昌茂;李超;;基于混沌特性的滑坡监测序列的小波去噪[J];城市勘测;2011年03期
7 窦东阳;杨建国;李丽娟;赵英凯;;基于规则的神经网络在模式分类中的应用[J];东南大学学报(自然科学版);2011年03期
8 袁昌茂;文鸿雁;;变形监测数据的混沌现象分析[J];地理空间信息;2012年01期
9 洪涛;黄志奇;钟福利;;涡轮泵实时故障检测的频段幅值最大值比方法[J];电子测量与仪器学报;2012年01期
10 丁平平;;智能诊断在旋转机械故障研究中的应用[J];广州化工;2012年07期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 苏荣华;齐飞;王碧珺;;基于小波分析的故障诊断方法在矿井提升机中的应用[A];第十二届全国设备故障诊断学术会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨陈;低噪声轻量化单缸柴油机的虚拟设计技术研究[D];浙江大学;2009年
2 卢兆刚;基于混合FE-SEA方法的汽车薄壁件中频声学特性预测及优化研究[D];浙江大学;2011年
3 唐娟;基于振动信号评价柴油机缸内燃烧状态的研究[D];山东大学;2010年
4 王正帅;老采空区残余沉降非线性预测理论及应用研究[D];中国矿业大学;2011年
5 步贤政;Inconel601镍基高温合金激光焊接的研究[D];天津大学;2011年
6 王志阳;约束独立成分分析及其在滚动轴承故障诊断中的应用[D];上海交通大学;2011年
7 蒋爱华;流体激励诱发离心泵基座振动的研究[D];上海交通大学;2012年
8 王冬云;转子-轴承故障诊断方法研究[D];燕山大学;2012年
9 周诚;地铁盾构施工地表变形时空演化规律与预警研究[D];华中科技大学;2011年
10 吴震宇;内燃机故障诊断若干理论与相关技术的研究[D];东北大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王碧珺;基于小波分析的故障诊断方法在矿井提升机中的应用[D];辽宁工程技术大学;2009年
2 李健宝;基于非平稳信号处理的滚动轴承智能故障诊断方法研究[D];湖南工业大学;2010年
3 叶慧飞;某车用柴油机配气机构及皮带传动系统动力学特性分析与改进设计[D];浙江大学;2010年
4 周莹;基于MIV特征筛选和BP神经网络的滚动轴承故障诊断技术研究[D];北京交通大学;2011年
5 梅杰;基于人工神经网络的旋转机械故障诊断专家系统[D];武汉理工大学;2011年
6 张艳;基于粒子群优化支持向量机的变压器故障诊断和预测[D];西华大学;2011年
7 于会民;基于时延估计的石油管道安全预警定位技术研究[D];大连理工大学;2011年
8 苏兴;基于神经网络的化工建模预测方法研究[D];大连理工大学;2011年
9 汪凯;感应电动机转子和轴承故障检测方法研究[D];天津理工大学;2011年
10 吴希曦;高档数控机床关键部件故障智能诊断技术研究[D];西南交通大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 丁康,谢明;提高FFT和谱分析速度及精度的方法[J];重庆大学学报(自然科学版);1992年02期
8 王延春,丁康,谢明,黄强,伊柱林;C6132车床振动噪声的试验研究[J];重庆大学学报(自然科学版);1992年05期
9 丁康,谢明,李永健,王延春;离线振动分析与诊断软件系统[J];重庆大学学报(自然科学版);1994年01期
10 陈德新,闫水保,周兵;轴流转桨式水轮机振动的现场测试与分析[J];华北水利水电学院学报;2000年02期
【相似文献】
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1 韩永章;;基于支持向量机的旋转机械故障诊断研究[J];科技信息;2010年12期
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7 潘宏侠;黄晋英;毛鸿伟;刘振旺;;基于粒子群优化的故障特征提取技术研究[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
8 潘宏侠;黄晋英;毛鸿伟;刘振旺;;基于粒子群优化的故障特征提取技术研究[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文摘要集[C];2007年
9 李强;郑水英;刘淑莲;;几种改进BP算法在旋转机械故障诊断中的比较[A];2008年全国振动工程及应用学术会议暨第十一届全国设备故障诊断学术会议论文集[C];2008年
10 王晓丽;周浔;韩现刚;;小波变换和神经网络在机械故障诊断中的应用[A];2009全国虚拟仪器大会论文集(二)[C];2009年
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2 李萍;济钢EAM离线网络点检和故障诊断管理系统开发应用[N];世界金属导报;2007年
3 胡荣山 马巍;上海海大一课题列入国家“863”计划[N];中国船舶报;2007年
4 孙建阳 刘波;小型渔船柴油机故障诊断与排除[N];中国渔业报;2008年
5 见习记者 仝亚娜;孙彦广:冶金故障诊断设备前景广阔[N];机电商报;2005年
6 陈全东;干式复合“粘边”故障诊断[N];中国包装报;2003年
7 小田;网卡故障诊断[N];中国电脑教育报;2000年
8 龚献荣;大型天然气装置实现网络化监测[N];中国化工报;2005年
9 周传勇 杜慧;济钢网络化设备点检与故障诊断管理系统上线运行[N];世界金属导报;2008年
10 汤怀京;WLAN也有“线”[N];中国计算机报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨宇;基于EMD和支持向量机的旋转机械故障诊断方法研究[D];湖南大学;2005年
2 张君;小波分析技术在汽轮机故障诊断中的应用研究[D];华北电力大学(河北);2005年
3 程军圣;基于Hilbert-Huang变换的旋转机械故障诊断方法研究[D];湖南大学;2005年
4 曹龙汉;柴油机智能化故障诊断技术研究[D];重庆大学;2001年
5 徐德友;粗集信息分析在故障诊断中的应用及自修复飞行控制系统效能评估[D];南京航空航天大学;2002年
6 孙真真;基于光学区雷达目标二维像的目标散射特征提取的理论及方法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2001年
7 刘思远;信息融合和贝叶斯网络集成的故障诊断理论方法及实验研究[D];燕山大学;2010年
8 李文军;多小波和小波神经网络构造及其在电弧故障诊断中的应用研究[D];吉林大学;2008年
9 黄伟国;基于振动信号特征提取与表达的旋转机械状态监测与故障诊断研究[D];中国科学技术大学;2010年
10 唐静远;模拟电路故障诊断的特征提取及支持向量机集成方法研究[D];电子科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 肖圣光;基于虚拟仪器的轴心轨迹分析仪的研制[D];重庆大学;2009年
2 张庆涛;离心压缩机智能故障诊断方法研究[D];大庆石油学院;2006年
3 林洪彬;信息熵分析方法研究及其在故障诊断中的应用[D];燕山大学;2006年
4 彭辉燕;基于HHT的故障诊断时频分析[D];电子科技大学;2010年
5 李君;基于变换域分析的发动机异响故障诊断研究[D];吉林大学;2006年
6 王思俊;基于时频分析的扬声器故障在线检测方法研究[D];天津科技大学;2008年
7 刘宏昱;基于HOC虚拟仪器的机械传动故障诊断系统研究[D];西北工业大学;2006年
8 吴敏;人脸时变特征提取与核非线性分类算法研究[D];贵州大学;2008年
9 李艳妮;旋转机械故障机理与故障特征提取技术研究[D];北京化工大学;2007年
10 白维峰;基于全信息的机械故障特征提取方法研究[D];郑州大学;2009年
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