变转速下旋转机械故障状态的稀疏表示与深度学习诊断方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51705275
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0503.机械动力学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2019-12-31

项目摘要

In the operation process of rotating machinery, such as aero-engine and gas turbine, the change of environment and operating state (fan inlet distortion, combustion chamber afterburning) or fault condition initiation (compressor rotor-stator rubbing, intermediate bearing spalling) will lead to speed variation in a large range and also small instantaneous speed fluctuation, the monitoring data of all components exhibit non-stationarity significantly, while the time-frequency characteristics become blurry, thus results in difficulty of monitoring and further increases risk of system deterioration. In order to perform fault diagnosis of rotating machinery under variable speed, a method of feature extraction and diagnosis based on time frequency analysis will be established. Firstly, appropriate basis functions will be selected incorporating the waveforms of key faulty components like planetary gear, rotor, bearing; secondly, based on time-frequency atoms, a sparse dictionary will be constructed through data training; and then the sparse coefficients will be obtained by reconstruction algorithms following ridge path, inverse transform will be performed to acquire sparse expression of fault state in time domain; finally the sparse samples of fault states will be utilized to establish the deep neural network classification model, after an optimization process of the structure parameters, the precise fault diagnosis of planetary gear - rotor - bearing system could be accomplished.
在航空发动机与重型燃气轮机等旋转机械的运行过程中,由于环境与工作状态的改变(如风扇进气畸变、燃烧室加力燃烧)或故障状态的出现(压气机动叶-机匣碰磨、中介轴承局部剥落)会导致其转速的大范围变化以及瞬时转速的小范围波动,进而使得各个部件的监测数据表现出显著的非平稳性,时频域特征模糊,提高了系统的监测难度与故障进一步恶化的风险。本课题针对旋转机械在变转速下的故障诊断问题,建立一种基于时频分析的特征提取与诊断方法。首先针对行星齿轮、转子、轴承等关键部件的故障时域波形选取适当的基函数;其次以基函数的时频变换形式作为备选原子,通过数据训练建立稀疏字典;然后以重构的时频域脊线为路径进行监测数据的稀疏特征提取,反变换得到故障状态的时域稀疏表示;最后将各故障状态的时域稀疏表示作为样本建立深度神经网络分类模型,优化模型结构参数,实现行星齿轮-转子-轴承系统的精确故障诊断。

结项摘要

航空发动机、燃气轮机以及风力发电机等能源与动力装备目前在我国国民经济发展进程中扮演着不可或缺的重要角色。随着对能源动力装备性能要求的进一步提升,保证机组的长期安全稳定运行成为了一项至关重要的工作。本项目针对典型旋转机械的行星齿轮-转子-轴承系统在复杂工作环境中存在瞬时变化工况的特点,重点分析瞬时转速变化对转子系统振动响应的影响,建立适用于瞬时状态特征提取的监测数据时频表示,在无需借助转速传感器的前提下从高精度时频表示中重构瞬时转速曲线;提取监测数据的瞬时特征,建立监测数据的低冗余稀疏表示和数据驱动的深度学习故障诊断模型,运用多目标优化方法提升模型的泛化性能。所建立故障诊断模型的特点是:可以在实验室内的定转速工况下完成训练,然后在实际变转速工况下实现故障部件的定位与诊断。本研究将为能源与动力装备的可靠运行提供技术支持,推动我国能源动力装备水平的进一步提升。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Deep residual learning with demodulated time-frequency features for fault diagnosis of planetary gearbox under nonstationary running conditions
具有解调时频特征的深度残差学习用于非平稳运行条件下行星齿轮箱的故障诊断
  • DOI:
    10.1016/j.ymssp.2019.02.055
  • 发表时间:
    2019-07-15
  • 期刊:
    MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Ma, Sai;Chu, Fulei;Han, Qinkai
  • 通讯作者:
    Han, Qinkai
Kernel density estimation model for wind speed probability distribution with applicability to wind energy assessment in China
适用于中国风能评估的风速概率分布核密度估计模型
  • DOI:
    10.1016/j.rser.2019.109387
  • 发表时间:
    2019-11-01
  • 期刊:
    RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS
  • 影响因子:
    15.9
  • 作者:
    Han, Qinkai;Ma, Sai;Chu, Fulei
  • 通讯作者:
    Chu, Fulei
Ensemble deep learning-based fault diagnosis of rotor bearing systems
基于集成深度学习的转子轴承系统故障诊断
  • DOI:
    10.1016/j.compind.2018.12.012
  • 发表时间:
    2019-02-01
  • 期刊:
    COMPUTERS IN INDUSTRY
  • 影响因子:
    10
  • 作者:
    Ma, Sai;Chu, Fulei
  • 通讯作者:
    Chu, Fulei
风速时间序列模拟的模型有效性验证及代表性风场实例分析_马赛
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马赛;褚福磊
  • 通讯作者:
    褚福磊

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其他文献

铅锌尾矿基生态型超高性能混凝土的设计理念和性能研究
  • DOI:
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    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    陈浩
含旋转部件目标稀疏孔径ISAR成像方法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张凌
阿片肽对心律失常的影响及机制
  • DOI:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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基于悖论管理视角的老字号企业数字化转型研究——以张弓酒业为例
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国软科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马赛;李晨溪
  • 通讯作者:
    李晨溪

其他文献

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马赛的其他基金

谷胱甘肽转移酶GSTP1靶向BCR-ABL在慢粒中的作用与分子机制
  • 批准号:
    82300188
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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