隐马尔科夫模型及其在机械故障模式识别中的应用

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1、华北电力大学硕士学位论文摘要隐马尔科夫模型(HiddenMarkovModel，简称作HMM)是一种新的模式识别技术，其基本方法是通过对训练信号进行特征值提取和标量量化，建立具有相应状态数和观测值数的隐Markov模型，然后利用该模型计算待诊断信号与训练信号的相似概率，根据相似概率的差异判断信号状态的变化，达到信号模式分类的目的。本文的主要研究工作是利用HMM进行机械设备运行状态识别和故障诊断，包括三项研究内容：1)在深入学习HMM理论基础上，探讨HMM的技术实现方法，编制Mauab环境下的HMM实现程序；2)研究振动信号特征提取方法，

2、开发基于LabVIEW的希尔伯特变换和倒频谱分析程序；3)应用HMM对于汽轮机和齿轮等两种典型旋转机械设备运行状态进行分析识别。对于汽轮机设备，以其振动信号频谱中基频处的幅值作为HMM训练的特征值，建立汽轮机升负荷过程的HMM，进行设备状态变化分析；对于齿轮箱设备，建立运行过程振动信号的HMM模型，根据相似概率的变化识别齿根裂纹故障的生成及发展趋势，两个应用案例都给出满意的结果。关键词：隐马尔科夫模型，故障诊断，特征提取，汽轮机，齿轮ABSTRACTHiddenMarkovModel(HMM)isanewtechniqueinpatte

3、rnrecognition．Byextractingandvectorquantizingthefeaturesoftrainingsignal,HiddenMarkovModewi也accordingstatenumberandobservationnumbercallbeestablished,thenthesimilarityprobabilityoftheunknowilsignalcanbecalculatedthroughHMM．Bycomparingthesimilarityprobability,patternofthe

4、signalcallberecognized．Inthiswork,HMMisappliedinthepatternrecognitionandfaultdiagnosisofmechanicalequipment,nemeanworksincludethreeparts：n田地realizationapproachofHMMforfaultdiagnosiswasdiscussedandtheprogramofHMMWillsdevelopedwithMatlab；2)Themethodsoffeatureextractionfrom

5、vibrationsignal，especiallycepstrumandenvelopmethod，W8,5studied，andaccordingprogramwasdevelopedwithLabVIEW；31Twotypicalrotatingmachine(turbineandgearbox)、衍tlldifferentsignalcharacteristicsWerOusedtoimprovetheeffectivenessofHMMforidentificationendclassificationofmachinecon

6、dition．Fortheturbine,theamplitudeatthebasicfrequencyisextractedasthefeaturesforI-IMMtraining,forthegearbox,HMMisestablishedtorecognizethedevelopmentofgearcrack．11leresultsofthesetwoexamplesaleallsatisfied．TianChuahua(controlTheoryandControlEngineering)Directedbyprof．LiuY

7、ibingKEYWORDS：HiddenMarkovModel,faultdiagnosis，featureextraction，turbine，gear声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《隐马尔科夫模型及其在机械故障模式识别中的应用》，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作

8、了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：I亟越日期：兰翌主：兰∑关于学位论文使用授权的说明本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件