基于流形学习的旋转机械故障识别方法研究

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1、硕士学位论文MASTER'SDISSERTATION论文题目基于流形学习的旋转机械故障识别方法研究作者姓名胡浩松学科专业机械电子工程指导教师姜万录教授2015年5月中图分类号：TP277学校代码：10216UDC：621密级：公开工学硕士学位论文基于流形学习的旋转机械故障识别方法研究硕士研究生：胡浩松导师：姜万录教授申请学位：工学硕士学科专业：机械电子工程所在单位：机械工程学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinMechatronicEngineeringMANIFOLDLEARNING-BASEDFAULTRECO

2、GNITIONMETHODOFROTATINGMACHINERYbyHaosongHuSupervisor:ProfessorWanluJiangYanshanUniversityMay,2015燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于流形学习的旋转机械故障识别方法研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月

3、日燕山大学硕士学位论文使用授权书《基于流形学习的旋转机械故障识别方法研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘

4、要旋转机械在现代生产体系中占据着不可替代的位置，一旦发生故障而没有及时发觉，就会由于多米诺效应导致整个系统瘫痪，造成重大的经济损失甚至人员伤亡。因此对旋转机械的故障识别技术显得尤为重要。故障识别主要步骤是首先获取设备现场运行信息，然后提取故障特征，最后进行状态识别和故障诊断。其中的关键是从振动信号中提取故障特征，也是本文的研究重点。本文深入研究了流形学习算法的基本原理，针对其易形成数据空洞而导致样本缺失的问题做出改进，并通过UCI数据集的仿真实例验证流形学习在揭示信号本质结构方面的有效性。对流形学习应用在故障识别时的高聚类性进行深入分析，与传统的主元分析等

5、线性处理方法进行对比，说明了流形学习能够发现数据集隐藏在高维观测样本下的本质结构。本文采用流形学习和固有模态函数特征能量相结合的方法来提取故障信息特征。现场采集的设备振动信号经过EMD时频分析方法后得到若干个固有模态函数，由各阶固有模态函数的能量值组成特征向量，然后采用流形学习去除特征之间的冗余信息，提取出最能表征故障信息的特征。本文以机械故障综合模拟实验台为研究对象，搭建了基于LabVIEW的信号采集系统，采用所提方法成功地对轴承和齿轮进行了故障诊断，发现了基于流形学习的故障识别技术对工况不敏感而对故障程度敏感，这对于故障诊断具有重要意义。本文将流形学习

6、引入风电机组在线监测与故障诊断系统，成功地对风电机组的传动链进行了故障诊断，是技术理论转化为工程应用的一个重要实践。关键词：旋转机械；故障识别；流形学习；等距映射；特征提取；固有模态函数I燕山大学工学硕士学位论文AbstractRotatingmachineryplaysakeyroleinthemodernmanufacturesystem.Thewholemechanicalsystemwillbreakdownduetodominoeffectifsomeparthasafaultwhiletheoperatorisn'tawarenessoftha

7、t.Italsobringseconomiclossesandinjuries.Therefore,thefaultrecognitiontechniqueofrotatingmachineryobviouslycountsalot.Generallyfaultrecognitionhasthreesteps,acquiringthevibrationsignals,featureextraction,workingconditionrecognition.Thesecondstepissocrucialthatwasdeeplystudiedinthis

8、paper.Thefundamentalprincipleanda