基于数字双驱动判别的图学习网络跨域轴承故障识别

百科   2024-08-21 17:36   江苏  


01 论文导读

滚动轴承故障诊断是保证机械系统可靠性、安全性和经济可行性的关键,在工业领域具有重要意义。传统的数据驱动故障诊断方法大多依赖于预先收集的数据集(包含各种故障模式)作为训练数据的可用性。遗憾的是,这些数据集可能并不总是容易收集,特别是在关键的工业环境中。因此,数据驱动的故障诊断方法在不同应用中的适用性受到阻碍。为了应对这一挑战,本研究引入了一种数字双授权判别图学习网络(DT-DGLN),用于对未标记的工业数据进行轴承故障诊断。

02 主要创新点

本研究的主要改进有两个方面:

  1. (1)创建了一个精心设计的轴承数字孪生模型。该模型包含了轴承运行参数的多尺度动力学模拟,并完全依赖于轴承的建筑属性和故障的大小来推断振动系统的反应。

  2. (2)建立了基于判别图学习策略的领域自适应框架,促进了已知智能从模拟信号向真实信号的迁移。该框架能够在知识有限的情况下实现有效的故障识别。

03 主要图文结果

图1 5-DOF nonlinear dynamic representation of bearings.

图2 局部故障图解:(a)外圈缺陷,(b)内圈缺陷,(c)滚珠缺陷

图3 基于dt - dgln的轴承跨域健康监测框架

图4 判别图学习网络的体系结构

图5 多注意力模块

图6 实验平台

表1 7种工况下五种算法的实验结果


图7 任务一中五种方法的实验结果

图8 使用t-SNE进行特征可视化:(a) CNN-MMD;(b) CNN-Coral;(c) DDTLN;(d) DGLN;(e) DT-DGLN

图9 任务二中五种方法的实验结果


图10 任务三中五种方法的实验结果



04 研究总结

在旋转机械的整个使用寿命中,滚动轴承故障的发生是一个反复出现的挑战。这类故障通常会导致不可预见的经济后果,在严重的情况下,甚至会导致灾难性的事故。因此,滚动轴承故障的实时诊断在工业应用领域具有至关重要的意义。本文介绍了一种以数字孪生概念为基础的创新方法,旨在将智能赋予滚动轴承故障诊断过程。所提出的方法利用精确的数字孪生模型来揭示滚动轴承在不同运行条件下随时间的响应行为。随后,基于图学习策略的领域自适应网络被精心设计,以促进知识从模拟信号到真实信号的转移。最终目的是实现轴承故障检测,即使面对有限的先验知识。这种开创性方法的有效性通过大量的实验得到了严格的验证。预计所开发的方法具有在更广泛的工业领域应用的潜力。

鉴于轴承缺陷理论的复杂性以及在实际工业环境中观察到的大量潜在缺陷类型,未来的研究工作应优先考虑对其他故障模型的深入探索和研究。此外,在未来的研究工作中,发现和识别目标域内的未知故障类型值得关注。

滚动轴承故障诊断与寿命预测
与旋转设备故障诊断的那些事儿...专注数字信号处理、深度学习以及故障特征提取有关的研究内容。
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