基于二维改进Transformer网络的农机轴承故障诊断

【目的】针对农机使用环境恶劣、欠缺后期维护等问题,研究农机轴承故障诊断新方法,克服卷积神经网络难以全局提取特征的不足,提高故障诊断准确率以及农机使用的安全性和稳定性。【方法】研究团队引入了二维改进Transformer网络,利用未经优化的短时傅里叶变换生成的二维图像,并结合深度学习模型,进行了农机轴承故障诊断。研究团队还基于凯斯西储大学的轴承故障数据集进行了实验,从而验证该故障诊断方法的有效性。【结果】在训练30轮后即可在故障类型和故障程度的诊断中达到99.9%的准确率,高于常用的卷积神经网络。【结论】该故障诊断方法流程简单,在负载情况下具有可靠性、优越性,减少了对专家系统的依赖,为农机轴承故障诊断提供了更便捷可靠的方法。     

基于经验模态分解和Duffing振子的轴承故障诊断

针对齿轮箱轴承振动信号故障信息容易被噪声淹没,且具有非线性、非平稳特性的问题,提出了基于经验模态分解（EMD）和Duffing振子的轴承故障诊断方法。首先对原始振动信号进行经验模态分解,找到包含轴承故障信息的固有模态函数（IMF）,然后利用Duffing振子的分岔图找到混沌振子相轨迹发生变化的内部激励力分界值,并将Duffing 振子的内部激励力频率设定为轴承故障特征频率,最后从混沌振子输出相轨迹的变化来检测齿轮箱轴承故障信息。实验结果表明,基于EMD和Duffing振子的故障诊断方法能够检测轴承故障信息。     

基于SVM的拖拉机齿轮箱多故障诊断方法研究

针对拖拉机齿轮箱多故障诊断需求,介绍了支持向量机(SVM)的分类原理,提出了利用SVM多类分类法解决多类故障同时出现情况下故障识别的难题,并给出了解决方法:把同时发生的两个故障看作第3种故障,再通过SVM多类分类方法进行故障识别.最后以拖拉机齿轮箱故障为例,进行仿真试验,结果令人满意.     

联合收割机行走变速箱故障特征提取方法研究

针对联合收割机行走齿轮箱故障诊断率低的问题,提出了基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)及样本熵优化VMD参数的故障特征提取方法,研究了不同分解算法对故障诊断率的影响,并在试验台上采集行走变速箱不同故障状态下的振动信号开展试验研究和验证。试验结果表明:与EMD样本熵和无样本熵情况相比,VMD样本熵具有维度低、识别精度高的优点,同WOA-KELM模型组合在故障诊断中有良好的识别分类性,可以用于联合收割机行走变速箱的故障诊断。     

基于粗糙遗传算法在打捆机齿轮箱故障诊断中的应用*

自走式连续作业打捆机是一款实现不停机连续打捆作业的新型秸秆收集装备,其关键功能部件齿轮箱发生故障会严重影响正常打捆工作。针对齿轮箱故障的防控和监测,提出一种结合粗糙集和遗传算法的故障诊断方法。该方法使用时域频域分析得到的多项故障特征参数作为条件属性,故障类型作为决策属性,并利用自适应遗传算法得到决策规则表,实现无需先验信息的属性约简和故障诊断。在齿轮箱故障诊断试验中,分别对不同故障类型进行信号采集和诊断分析,结果显示:该方法在无先验信息的条件下将12项故障特征参量约简为3项,根据决策规则表进行故障诊断的准确率为100%,结果表明该方法能准确判断故障的发生和故障类型,对实现故障监测和防控具有重要意义。     

基于粒子群算法和SDAE的采棉头故障诊断研究

针对采棉头故障诊断和故障预警缺失的问题,提出基于粒子群优化算法(PSO)优化堆叠降噪自编码器(SDAE)的采棉头故障诊断方法。将采棉滚筒转速与采棉头输入转速比和采棉头液压驱动压力作为输入,利用PSO算法对SDAE网络的超参数进行自适应选取,确定网络结构,然后将预处理后的数据输入PSO-SDAE网络进行深度特征提取,经过前向传播和反向微调,得到采棉头故障诊断模型。通过采棉头堵塞故障模拟试验对算法进行验证,试验结果表明：PSO-SDAE网络诊断方法在特征有效提取、故障诊断准确率方面均优于SDAE网络、支持向量机(SVM)、反向传播神经网络(BPNN)以及深度置信网络(DBN),可用于采棉头故障诊断和故障预警。     

基于随机森林算法拖拉机齿轮箱故障诊断研究

准确检测机械部件的故障是减少维修成本、生产损失和延长机器使用寿命的重要基础条件。在农业生产环境中，由于作业环境较差、干扰信号较多，导致传统故障传感器灵敏度降低，不能及时对故障进行判断与处理，故障频发。为此，选取拖拉机为研究目标，对其辅助齿轮箱进行智能故障诊断。在3种不同的转速(600、1350、2000r/min)条件下，收集了健康和故障小齿轮的振动信号，基于离散小波变换(DWT)作为信号处理，通过相关性特征选择(CFS)方法被用来进行特征选取，并采用随机森林(RF)和多层感知器(MLP)神经网络来对数据进行分类。研究结果表明：不使用特征选择的情况下，RF故障预测准确率为86.25%;在600r/min时，不使用特征选择的RF故障预测准确率为86.25%,使用CFS的最佳6个特征通过训练的RF的相应值，在600r/min时，RF故障预测准确率为92.5%;在1350r/min时，RF故障预测准确率为95.0%。     

串联电池组接触故障诊断方法研究

故障诊断在保障电动汽车安全运行中起着至关重要的作用。针对串联电池组接触故障,提出一种基于自适应白噪声的完整经验模态分解（CEEMDAN）和模糊熵结合的串联电池组接触故障诊断方法。首先通过CEEMDAN分解电池电压信号,提取有效故障特征,然后计算移动窗口下故障特征的模糊熵,最后通过设计的故障识别策略进行实时故障诊断。仿真与实验结果表明,该算法可以准确识别串联电池组不同严重程度的接触故障,具有良好的实时性与稳定性。     

基于CNN的玉米种子内部裂纹图像检测系统

为了高效检测玉米种子内部裂纹,设计基于卷积神经网络(CNN)的检测系统及批量检测方法,采集有裂纹和无裂纹的玉米种子制作数据集,构建AlexNet、VGG11、InceptionV3和ResNet18共4种经典卷积神经网络,同时与传统算法模型SVM和BP神经网络进行对比实验。实验发现,卷积神经网络模型优于这两种传统算法模型,ResNet18模型的综合检测性能最佳,单粒有裂纹种子的识别准确率为95.04%,单粒无裂纹种子的识别准确率为98.06%,平均单粒种子识别时间为4.42 s。基于ResNet18,搭建种子内部裂纹自动识别装置,设计识别软件控制装置,得到玉米种子内部裂纹识别系统。系统实验进行10组批量识别,有裂纹种子的平均识别准确率为94.25%,无裂纹种子的平均识别准确率为97.25%,批量识别中光源的透射无法等效地显现所有种子的内部裂纹、多次加载模型权重导致泛化性不足等因素会影响准确率。     

基于ReliefF和DBN的齿轮箱故障模式识别方法研究

考虑到齿轮箱中齿轮和轴承等零部件振动信号故障特征难以提取,故障模式无法准确识别的问题,提出了一种将齿轮箱振动信号特征利用Relief F算法进行降维,然后利用深度置信网络进行模式识别的分类方法。首先采用变分模态分解算法对齿轮箱振动信号进行预处理,将信号分解成多个包含故障特征的IMF分量;计算每个IMF分量的时域及能量熵特征,运用Relief F算法选取其中的敏感特征以降低原始特征维度;将敏感特征向量输入到深度置信网络中,实现故障类型的模式识别。实验结果表明,使用降维后的特征向量比使用降维前的特征向量,识别准确率更高。     

基于WGAN和MCA-MobileNet的番茄叶片病害识别

针对番茄病害识别模型参数量大、计算成本高、准确率低等问题,本文提出一种基于多尺度特征融合和坐标注意力机制的轻量级网络（Multi scale feature fusion and coordinate attention MobileNet, MCA-MobileNet）模型。采集10类番茄叶片图像,采用基于Wasserstein距离的生成对抗网络（Wasserstein generative adversarial networks, WGAN）进行数据增强,解决了样本数据不足和不均衡的问题,提高模型的泛化能力。在原始模型MobileNet-V2的基础上,引入改进后的多尺度特征融合模块对不同尺度的特征图进行特征提取,提高模型对不同尺度的适应性;将轻量型的坐标注意力机制模块（Coordinate attention, CA）嵌入倒置残差结构中,使模型更加关注叶片中的病害特征,提高对病害种类的识别准确率。试验结果表明,MCA-MobileNet对番茄叶片病害的识别准确率达到94.11%,较原始模型提高2.84个百分点,且参数量仅为原始模型的1/6。该方法较好地平衡了模型的识别准确率和计算成本,为番茄叶片病害的现场部署和实时检测提供了思路和技术支撑。     

基于EMD与神经网络的内燃机气门间隙故障诊断

利用LabVIEW构建了基于EMD与神经网络的内燃机气门间隙故障诊断系统。用490BPG型发动机在转速为1200r/min、无负荷时进行了试验研究,采用经验模式分解EMD方法对气门振动信号进行分解,对分解得到的前4个固有模态函数IMF分别求其关联维数,将IMF1-IMF4的关联维数作为神经网络的输入向量,用4种工况的80组样本训练了内燃机气门故障诊断系统的网络模型。试验结果表明,20组测试样本的测试结果均与实际状况相一致,诊断准确率为100%,该系统能快速准确地识别内燃机气门间隙故障。     

基于轻量级卷积神经网络的种鸡发声识别方法

在种鸡养殖和管理过程中,借助非接触式、连续的声音检测手段和智能化设备,饲养员可以全面了解蛋鸡的健康状况以及个体需求,为提高生产效率并同时改善种鸡福利化养殖,提出了一种基于轻量级卷积神经网络的种鸡发声分类识别方法,以海兰褐种鸡为研究对象,收集种鸡舍内常见的5类声音,再将其声音一维信号转换为二维图像信号,利用卷积神经网络建立轻量级的深度学习模型,80%数据进行训练,20%数据进行测试,该模型实现了动物声音信号从输入端到识别结果输出端的高效检测。对比已有研究,本文方法对种鸡舍内常见的5类声音识别整体准确率提高3.7个百分点。试验结果表明,该方法平均准确率为95.7%,模型对饮水声、风机噪声、产蛋叫声识别召回率均达到100%,其中风机噪声和产蛋叫声精确率和F1值也均达到100%,而应激叫声召回率最低,为88.3%。本研究可为规模化无人值守鸡舍的智能装备研发提供一定理论参考。     

基于多传感器信息融合的水工闸门故障诊断

针对水工闸门安全检修困难、检修效率低的问题,提出了一种基于支持向量机（Support vector machine,SVM）和改进D-S证据理论的信息融合水工闸门故障诊断方法。该方法通过提取不同传感器诊断信号小波包信息熵特征构建特征子空间,然后在每个特征子空间构建诊断子网络,最后使用改进证据理论对每个诊断子网络的输入进行决策层融合,从而水工闸门的多信息融合诊断结果。闸门故障诊断实验结果显示,信息融合的闸门故障诊断方法可有效识别弧形闸门故障种类,其故障诊断准确率达到了98.33%,同时诊断可靠度高,各类故障的诊断不确定度均小于1%。实验结果验证了智能故障诊断方法用于水工闸门领域的可行性,对于改进水工闸门故障检修方式,推动水利工程智能化的发展具有重大意义。     

基于一维卷积神经网络与近似熵特征融合的水电机组故障诊断

针对水电机组振动信号存在非平稳和非线性,单一特征提取难以实现高精度故障诊断问题,提出了一种基于卷积神经网络和近似熵特征融合的故障诊断方法。利用卷积神经网络提取振动信号特征;EEMD与近似熵构建信号特征向量,将两种方法提取的状态特征融合构建融合特征向量;进一步,将融合特征作为输入、故障类别作为输出,训练BP神经网络得到水电机组故障识别器,识别水电机组运行状态,即正常或具体故障类型。结合转子实验台实验数据,验证了所提方法在挖掘信号特征方面的有效性及较高的故障诊断准确率。     

齿轮箱故障诊断专家系统的设计

针对齿轮箱的主要故障是齿轮故障,时齿轮箱故障诊断专家系统的构建进行了研究,介绍了数据库系统的功能、知识库的设计和动态数据库的设计.     

基于对抗域适应网络的土壤水分智能识别算法

【目的】使用传统卷积神经网络测量土壤含水率的识别准确率低、泛化性能差。为了满足重大工程扰动下的含水率测量需要,需提出一种适用于不同土壤类型且不受深度制约的探测方法。【方法】笔者搭建了室内实验平台,采集了延安、兰州和蓝田三个地区间隔等级为2%的8类不同土壤水分下的图像,构造了用于神经网络训练和测试的数据集。然后,基于对抗域适应算法（CDAN）,比较了ResNet、MobileNetV2、Xception和ViT四种网络,选取识别准确率最高的模型作为其特征提取器,构建基于对抗域适应的土壤含水率识别模型,对比分析含水率识别模型在不同迁移任务上的识别效果。【结果】域适应模型CDAN的测试准确率明显高于MobileNetV2、Xception和ViT等模型,对不同地区土壤含水率的测试准确率均达到68%以上,最高识别准确率为84.3%。【结论】使用域适应方法具有良好的泛化能力和识别精度,能够为开发土壤地质信息探测机器人的视觉系统提供算法支持。然而,目前的土壤含水率识别算法仅适用于实验室条件下所搭建的土壤含水率数据集,若想实现实际的工程应用,则需要进一步完善土壤含水率图像数据集,使室内搭建的算法实现...     

机械制造企业配电网故障检测研究

由于故障电流小、电弧不稳定、受电磁干扰大、信噪比低等原因,配电网故障检测可靠性较低。利用小波变换提取零序电压和零序电流暂态特征频带（SFB）信息,在SFB频带内,故障馈线暂态零序电流方向与健全馈线相反,据此采用暂态瞬时无功功率方向及暂态无功功率进行故障选线。大量的MATLAB仿真验证表明：该选线方法能够准确识别单相接地故障方向线路,可靠性和灵敏性较高。     

基于SVD-CWT和CNN的水轮发电机转子故障识别

水轮发电机转子振动故障识别是水电站运维的重难点问题,为此提出一种基于转子振动信号的故障识别方法。首先针对发电机转子的非平稳和非线性振动信号,采用奇异值分解（SVD）并结合能量差分谱理论进行降噪预处理;对预处理数据使用连续小波变换（CWT）转换为时频图并形成图像数据集;然后将该图像数据集作为卷积神经网络（CNN）输入,通过CNN多层池化及卷积形成分布式故障特征表达,最终实现发电机转子故障模式识别和分类。经实验验证,该方法准确率达到99.5%以上,能有效识别出发电机转子的故障类型。     

基于EMD与神经网络的内燃机气门间隙故障诊断

利用LabVIEW构建了基于EMD与神经网络的内燃机气门间隙故障诊断系统。用490BPG型发动机在转速为1 200 r/min、无负荷时进行了试验研究，采用经验模式分解EMD方法对气门振动信号进行分解，对分解得到的前4个固有模态函数IMF分别求其关联维数，将IMF1～IMF4的关联维数作为神经网络的输入向量，用4种工况的80组样本训练了内燃机气门故障诊断系统的网络模型。试验结果表明，20组测试样本的测试结果均与实际状况相一致，诊断准确率为100%，该系统能快速准确地识别内燃机气门间隙故障。