往复机械振动的双树复小波包分析与在线异常检测方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51305454
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0503.机械动力学
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Because of lack of prior knowledge, fault samples and fault mode of machinery condition monitoring, the precision of fault diagnosis is hard to improve. According to the characteristics of multi interference, non-stationary, coupling and periodicity of large and complex reciprocating machine vibration signal, accurate diagnosis is hard to realize. So a method of anomaly detection which based on data-driven of reciprocating machinery is proposed in this project. The new type one-class support vector machine anomaly detection is established to find the fault and alarm in time before the problem of sample distribution of high dimensional kernel feature space and optimum classification hyper plane is analysized; The machinery vibration signal process method of dual-tree complex wavelet packet transform which has the advantage of translation invariance and sparse decomposition is used to improve the signal de-noising and multivariate feature extraction effect. Then a combined multi-objective optimization algorithm will be studied to solve the coupling problem of feature extraction, feature selection and classifier parameters; After analysis new added samples effect of anomaly detection model, a on-line incremental train method is proposed to made the anomaly detection model has the ability of self-learning and generality;? The research results of project will not only expand the application field of fault diagnosis but also provide an new effective, practical detection method for reciprocating machinery early failure and complex fault recognition.
机械状态监测面临的先验知识不足、故障样本稀缺、故障模式不完备,是制约在线监测与故障诊断精度提高的根本原因。针对大型复杂往复机械所监测的振动信号具有干扰多、非平稳、耦合性、强周期性等特点,难以直接实现准确诊断。本项目拟研究一种基于数据驱动的往复机械在线异常检测新方法,实现及时发现并进行故障报警,课题重点分析高维核特征空间样本分布问题和最优分类超平面思想,建立新型单类支持向量机异常检测模型;围绕异常检测模型,研究双树复小波包平移不变性和稀疏分解能力,利用其提高信号降噪和多元故障特征的综合表征能力;针对异常检测面临的特征提取、特征选择和分类器参数耦合难题,提出一种联合多目标优化方法;分析新增样本对异常检测模型的影响,提出一种在线增量式训练算法,实现异常检测的自学习和通用性。本项目研究成果可拓展到其他状态监测与故障诊断领域,为机械早期和复合等故障检测识别难题提供一套有效、实用的新方法。

结项摘要

针对复杂往复机械状态监测信号存在干扰多、非平稳、耦合性、强周期性等特点,测试数据存在正常状态充足、故障状态稀缺的不平衡问题和故障模式不完备等问题,状态监测与故障诊断困难。本项目针对上述问题开展了往复机械异常检测研究:1、利用高频计数器开发了瞬时转速精确测试装置,针对远程状态监测的需求和复杂信号特点,研究了自适应压缩感知的数据压缩方法,提高了压缩率。提出应用品质因子可调小波变换和正交变分模式分解的两种复杂机械信号稀疏分离方法,突出了机械信号的瞬态冲击特征。2、结合双树复小波的优点,提出了重叠块阈值和空域邻域联合降噪两种方法和融合时域、频域和时频域的复杂信号特征提取方法,有效地预制噪声干扰,实现特征参数的有效提取。3、针对机械故障异常检测问题,建立了双控制比例因子的最大间隔超球体分类器异常检测模型和基于Bayes的超球体异常检测模型,UCI数据和实测信号表明能显著提高异常检测的效果。利用改进粒子群的多目标优化方法解决了机械故障异常检测中存在的特征选择、分类器参数优化等耦合难题。4、分析了该异常检测模型的增量学习法则,提出了一种基于快速密度核聚类的大规模训练数据约简方法,利用集成协同半监督学习,获取和利用大量未标记数据数据信息,并构建了集成多个单分类支持向量机,实现了对多故障类型的准确识别。5、为了更深层地挖掘复杂状态监测信号的故障信息,提出了一种基于深度置信网络的发动机故障诊断模型,通过对原始振动数据逐层的学习,自动提取数据中的内在特征,并完成发动机健康状态的识别。本项目取得的研究成果为往复机械提供一套新的监测诊断方法,可以扩展应用于指导相关机械装备的异常监测与诊断中,具有较好的理论和工程应用价值。

项目成果

期刊论文数量(29)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
用于高维连续函数优化的变尺度量子进化算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    计算机仿真
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吕纯;张培林;陈彦龙;张云强
  • 通讯作者:
    张云强
基于动态LZW与算术编码的缓变信号无损压缩
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    计算机应用研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王怀光;张培林;吴定海;李龙云
  • 通讯作者:
    李龙云
Denoising of Mechanical Vibration Signals Using Quantum-Inspired Adaptive Wavelet Shrinkage
使用量子启发的自适应小波收缩对机械振动信号进行去噪
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Shock and Vibration
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Chen; Yan-long;Zhang; Pei-lin;Li; Bing;Wu; Ding-hai
  • 通讯作者:
    Ding-hai
某柴油机滑动轴承接触摩擦故障的振动特征与状态监测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    机床与液压
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张峻宁;张培林;陈彦龙;杨望灿
  • 通讯作者:
    杨望灿
齿轮箱振动信号的分数阶时频谱多重分形特征提取研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张云强;张培林;吴定海;李兵
  • 通讯作者:
    李兵

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其他文献

基于最优广义S变换和脉冲耦合神经网络的轴承故障诊断
  • DOI:
    10.1038/s41467-022-32480-0
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张云强;张培林;吴定海;李兵
  • 通讯作者:
    李兵
一种基于油液光谱分析和免疫原理的内燃机磨损故障诊断方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    内燃机工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张培林;吴定海;李季;高经纬
  • 通讯作者:
    高经纬
基于时频奇异谱的柴油机缸盖振动信号特征提取研究
  • DOI:
    --
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  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴定海;张培林
  • 通讯作者:
    张培林
融合量子理论的结构元素尺寸自适应调整策略
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    振动.测试与诊断
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张培林;陈彦龙;李兵;吴定海
  • 通讯作者:
    吴定海
基于形态提升小波的机械状态监测数据压缩研究
  • DOI:
    10.1057/s41599-021-00969-6
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
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  • 作者:
    张培林;吴定海;李兵;范红波
  • 通讯作者:
    范红波

其他文献

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相似国自然基金

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相似海外基金

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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

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          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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