基于核函數(shù)方法的機(jī)械故障診斷方法研究.pdf

1、核函數(shù)方法是將線性方法推廣為非線性方法的一種強(qiáng)有力技術(shù),是一種非線性數(shù)據(jù)處理技術(shù)手段。本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金(編號:50775208)、河南省教育廳自然科學(xué)基金(編號:2006460005,2008C460003),對核函數(shù)方法在機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究。其主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:第一章,論述本課題的提出及其意義,綜述了核函數(shù)方法的發(fā)展和在機(jī)械故障診斷領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀,提出了本論文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新之處。第二章,論述了核函數(shù)

2、方法的理論基礎(chǔ),深入研究了核空間理論、核函數(shù)及其性質(zhì)、選擇核函數(shù)的充要條件以及核函數(shù)的非線性映射,本章是整篇論文的理論基礎(chǔ)。第三章,基于核函數(shù)主元分析保留了主元分析的優(yōu)點(diǎn)并具有處理非線性能力的優(yōu)勢,提出了基于核函數(shù)主元分析的機(jī)械故障診斷方法。該方法通過核函數(shù)映射將非線性問題轉(zhuǎn)換成高維的線性特征空間,然后對高維特征空間中的映射數(shù)據(jù)作主元分析,提取其非線性特征,并應(yīng)用到轉(zhuǎn)子故障和滾動軸承故障模式識別中,并與主元分析方法進(jìn)行對比分析,實(shí)驗(yàn)研究

3、表明,該方法能較好的對機(jī)械故障進(jìn)行識別。
　　結(jié)合全矢譜和核函數(shù)主元分析的各自優(yōu)點(diǎn),提出了一種基于全矢譜核函數(shù)主元分析的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷新方法。該方法充分利用了全矢譜提取回轉(zhuǎn)信息的完整性和全面性,同時(shí)又利用了核函數(shù)主元分析具有處理非線性問題的能力。提出的方法與傳統(tǒng)的核函數(shù)主元分析方法進(jìn)行了對比,試驗(yàn)結(jié)果表明提出的方法是有效的,非常適合提取旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的非線性特征,并能很好的進(jìn)行旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障模式識別。第四章,針對基于核函數(shù)主元分析

4、的機(jī)械故障診斷方法的不足,即KPCA與每個(gè)訓(xùn)練樣本都分不開,無形中增加了分析的復(fù)雜性和計(jì)算量,提出一種新的基于稀化核主元分析的機(jī)械故障診斷方法。該方法通過核函數(shù)映射將非線性問題轉(zhuǎn)換成高維的線性特征空間,引入可變權(quán)值對高維空間中的映射數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣進(jìn)行稀化,應(yīng)用似然估計(jì)得到優(yōu)化權(quán)值,再作主元分析,提取其非線性特征,對機(jī)械故障模式進(jìn)行識別。提出的方法繼承了核函數(shù)主元分析的優(yōu)良性質(zhì),同時(shí)又能保證在識別效率不降低下,能有效地提高故障識別速度。

5、仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,稀化核函數(shù)主元分析和核函數(shù)主元分析方法都能得到很好的識別效果。然而,稀化核函數(shù)主元分析由于減少了核矩陣的計(jì)算量,因而,模式識別速度大大加快。第五章,詳細(xì)論述了核函數(shù)獨(dú)立分量分析方法的基本思想及算法,進(jìn)行仿真研究,并將該方法應(yīng)用到機(jī)械故障源分離中。以滾動軸承故障為例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,并與獨(dú)立分量分析方法進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法在滾動軸承的源分離中,取得了較好的分離效果。該方法的特點(diǎn)是適合亞高斯分別和超高斯分布情況,適