基于改進(jìn)的深度信念網(wǎng)絡(luò)的行星減速器智能故障診斷方法研究.pdf

1、行星減速器具有體積小，傳動(dòng)比大，傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于車輛、船舶、風(fēng)力發(fā)電等高速大功率和低速大扭矩的機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)領(lǐng)域。但在實(shí)際的工程應(yīng)用中，行星減速器通常會(huì)承受復(fù)雜的動(dòng)態(tài)作用力，很容易出現(xiàn)機(jī)械故障。當(dāng)行星減速器現(xiàn)故障后，如果沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，輕則導(dǎo)致整個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)鏈?zhǔn)C(jī)，重則導(dǎo)致重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。但由于行星減速器比一般的定軸減速器復(fù)雜，其旋轉(zhuǎn)過程中行星輪不僅要自轉(zhuǎn)，還要公轉(zhuǎn)；太陽(yáng)輪也要和幾個(gè)行星輪接觸；故障輪

2、齒的嚙合點(diǎn)的位置會(huì)隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)而與傳感器的距離不同，從而會(huì)使測(cè)試振動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生各種調(diào)制，這些都會(huì)增加振動(dòng)信號(hào)的復(fù)雜程度，使得齒輪故障引起的沖擊特征通常被各種振動(dòng)分量和噪聲所淹沒，所以，不能將定軸減速器的故障診斷技術(shù)應(yīng)用在行星減速器上，需要有效的故障診斷技術(shù)來提取行星減速器中由故障引起的沖擊信號(hào)。但是，僅僅由該方法提取到的故障沖擊信號(hào)還不能快速準(zhǔn)確的判斷出行星減速器的某個(gè)齒輪輪齒具體發(fā)生了哪種故障類型。深度學(xué)習(xí)方法能夠通過組合低層數(shù)據(jù)得到

3、更加抽象的高層數(shù)據(jù)表示，從而發(fā)現(xiàn)不同類別數(shù)據(jù)內(nèi)部之間的特征區(qū)別。將原始振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)的輸入，不僅計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，而且分類正確率低，所以需要通過提取行星減速器故障振動(dòng)信號(hào)中的有效的時(shí)域和頻域特征作為深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的輸入，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)行星減速器智能故障診斷。
　　本文首先介紹了行星減速器與一般定軸減速器相比的特殊性，包括一般齒輪的振動(dòng)機(jī)理，行星減速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，傳遞路徑對(duì)測(cè)試信號(hào)的影響，以及其振動(dòng)信號(hào)的復(fù)雜性，并對(duì)行星減速器局部故障振動(dòng)

4、信號(hào)模型做了詳細(xì)的理論推導(dǎo)。
　　然后基于優(yōu)化的 Morlet小波和峭度提出了一種沖擊信號(hào)提取方法，該方法通過使用Shannon熵來優(yōu)化Morlet小波參數(shù)，以快速獲得最優(yōu)的中心頻率和帶寬參數(shù)，再用優(yōu)化的 Morlet小波對(duì)原始振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行小波變換。通過分析，我們揭示了沖擊信號(hào)應(yīng)該通過幾個(gè)特征尺度的小波系數(shù)來重構(gòu)，由于峭度指標(biāo)對(duì)沖擊信號(hào)很敏感，因此用峭度指標(biāo)來選擇特征尺度并獲得相應(yīng)的小波系數(shù)。此外，由于分解的小波系數(shù)可能受到噪聲的

5、嚴(yán)重污染，通過應(yīng)用軟閾值法對(duì)小波系數(shù)進(jìn)行去噪，最后利用去噪了的小波系數(shù)重構(gòu)沖擊信號(hào)。從而就可以從原始信號(hào)中提取出故障沖擊信號(hào)，并用仿真信號(hào)進(jìn)行了很好的驗(yàn)證。
　　鑒于當(dāng)前深度信念網(wǎng)絡(luò)反向調(diào)節(jié)過程中所用的激活函數(shù)所存在的缺點(diǎn)，提出了改進(jìn)的Sigmoid激活函數(shù)，并從理論上推導(dǎo)了該函數(shù)不僅能夠加快網(wǎng)絡(luò)參數(shù)更新速度，而且能夠提高數(shù)據(jù)分類正確率，并用公開的手寫字體的分類識(shí)別進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　通過搭建行星減速器試驗(yàn)臺(tái)，并進(jìn)行太陽(yáng)輪故障

6、信號(hào)采集，對(duì)原始信號(hào)及其提取的沖擊信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域特征提取，將這些特征作為深度信念網(wǎng)絡(luò)的輸入，分別進(jìn)行行星減速器同一負(fù)載下不同故障類型的診斷、同一故障類型下不同負(fù)載的診斷以及不同負(fù)載下不同故障的診斷，其診斷正確率都能達(dá)到95％以上。通過用行星減速器故障齒輪原始振動(dòng)信號(hào)直接作為網(wǎng)絡(luò)的輸入作為對(duì)比，說明了以本文提取到的故障振動(dòng)信號(hào)特征為網(wǎng)絡(luò)輸入，不僅計(jì)算時(shí)間快，而且故障診斷準(zhǔn)確率高。對(duì)于以上各種故障診斷方案，與利用傳統(tǒng)的激活函數(shù)對(duì)比分析結(jié)