基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的設(shè)備故障預(yù)測(cè)方法及應(yīng)用研究.pdf

1、為了提升設(shè)備使用效率，降低維修維護(hù)成本，避免重大事故發(fā)生，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的趨勢(shì)預(yù)測(cè)，論文以滾動(dòng)軸承和齒輪為研究對(duì)象，圍繞極限學(xué)習(xí)機(jī)及相關(guān)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型開展了預(yù)測(cè)方法及應(yīng)用研究。以振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域特征參數(shù)和形態(tài)分形維數(shù)為預(yù)測(cè)特征量，分別運(yùn)用灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、Elman反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和極限學(xué)習(xí)機(jī)對(duì)特征量進(jìn)行預(yù)測(cè)，與傳統(tǒng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對(duì)比，證明了極限學(xué)習(xí)機(jī)模型在故障預(yù)測(cè)中的有效性，具體內(nèi)容如下:
　　(1)開展了基于灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障預(yù)測(cè)

2、方法及應(yīng)用研究。以軸承故障為研究對(duì)象，提取原始振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域特征參數(shù)，根據(jù)其時(shí)間序列趨勢(shì)，將故障發(fā)展分為三個(gè)階段，分別截取等量數(shù)據(jù)并計(jì)算其相對(duì)變化值，對(duì)比分析各個(gè)時(shí)域特征參數(shù)對(duì)于早期故障的敏感性和故障持續(xù)發(fā)展的穩(wěn)定性，選取有量綱參數(shù)的有效值和無量綱參數(shù)的峭度作為特征量，運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分別對(duì)不同的數(shù)據(jù)集進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)，并以齒輪故障為研究對(duì)象實(shí)現(xiàn)對(duì)比驗(yàn)證。
　　(2)開展了基于Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障預(yù)測(cè)方法及應(yīng)用研究。

3、簡(jiǎn)述了Elman網(wǎng)絡(luò)作為一種動(dòng)態(tài)反饋型網(wǎng)絡(luò)與前向型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別和特點(diǎn)，分別以軸承和齒輪為研究對(duì)象，以有效值和峭度為特征參數(shù)，運(yùn)用Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)，并研究了不同神經(jīng)元個(gè)數(shù)對(duì)于預(yù)測(cè)結(jié)果的影響。
　　(3)開展了基于形態(tài)分形維數(shù)及極限學(xué)習(xí)機(jī)的故障預(yù)測(cè)方法及應(yīng)用研究。簡(jiǎn)述了極限學(xué)習(xí)機(jī)(ELM)相對(duì)于傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和算法優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了其在軸承和齒輪中的故障預(yù)測(cè)，并分析了隱含層神經(jīng)元的個(gè)數(shù)對(duì)于預(yù)測(cè)性能的影響。為了進(jìn)一步提

4、升預(yù)測(cè)精度，引入了分形維數(shù)和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的基本思想，通過計(jì)算原始時(shí)域振動(dòng)信號(hào)的形態(tài)分形維數(shù)，揭示了其作為預(yù)測(cè)特征量的可行性，運(yùn)用ELM模型對(duì)經(jīng)過形態(tài)分形維數(shù)處理后的信號(hào)進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)，對(duì)比了時(shí)域參數(shù)下ELM模型的預(yù)測(cè)結(jié)果，并綜合比較了相應(yīng)預(yù)測(cè)模型的性能。
　　結(jié)果表明:以時(shí)域參數(shù)為特征量時(shí)，ELM模型的預(yù)測(cè)誤差最小，精度最高，可以準(zhǔn)確地?cái)M合故障發(fā)展趨勢(shì)，且不受神經(jīng)元個(gè)數(shù)的影響;灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測(cè)精度次之，可以在較少的數(shù)據(jù)情況下實(shí)現(xiàn)