兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (2): 684-694.doi: 10.12382/bgxb.2022.1021
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收稿日期:
2022-11-03
上线日期:
2024-02-29
通讯作者:
LIU Zichang, LI Siyu, PEI Mochao, LIU Jie, MENG Shuo, WU Weiyi*()
Received:
2022-11-03
Online:
2024-02-29
摘要:
柴油发动机故障特征提取是对其故障识别过程中的关键步骤,直接关系到识别的准确性和时效性。将纹理分析理论应用于柴油发动机故障特征提取,提出基于改进层次分解(Modified Hierarchical Decomposition, MHD)和灰度图像处理的故障特征提取方法。使用MHD将单个一维的振动信号样本分解为多个一维子信号并分别转换成灰度图像;加速分割测试获得特征(Features from Accelerated Segment Test, FAST)算法被用于检测灰度图像的特征点;通过Gabor滤波器组的实部对图像进行卷积,利用特征点的响应计算直方图作为特征向量。为检验通过该方法提取的故障特征对柴油发动机不同故障类型的识别能力,引入非支配排序遗传算法Ⅱ(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ, NSGA-Ⅱ)和支持向量机(Support Vector Machine, SVM)进行故障状态识别。通过实验台开展预置故障实验,将提出的方法与传统方法对比。实验结果表明:该方法的故障诊断准确率最高,为开展柴油发动机故障诊断提供一种新的思路。
中图分类号:
刘子昌, 李思雨, 裴模超, 刘洁, 孟硕, 吴巍屹. 基于纹理分析的柴油发动机故障诊断方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(2): 684-694.
LIU Zichang, LI Siyu, PEI Mochao, LIU Jie, MENG Shuo, WU Weiyi. Fault Diagnosis Method for Diesel Engine Based on Texture Analysis[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(2): 684-694.
序号 | 故障模式 | 序号 | 故障模式 | |
---|---|---|---|---|
1 | 正常状态 | 4 | 空气滤清器堵塞 | |
2 | 一缸失火 | 5 | 喷油泵供油不足 | |
3 | 二缸失火 | 6 | 一、二缸失火 |
表1 柴油发动机预置故障模式
Table 1 Diesel engine preset fault mode
序号 | 故障模式 | 序号 | 故障模式 | |
---|---|---|---|---|
1 | 正常状态 | 4 | 空气滤清器堵塞 | |
2 | 一缸失火 | 5 | 喷油泵供油不足 | |
3 | 二缸失火 | 6 | 一、二缸失火 |
图10 从两个角度展示的分类精度与ksize、σ和t三个参数之间的可视化关系
Fig.10 Visualizable relationships among classification accuracy and the parameters ksize, σ and t shown from two angles
方法 | 最大值 | 最小值 | 平均值 |
---|---|---|---|
1 | 85.59 | 84.26 | 85.06 |
2 | 88.07 | 86.03 | 86.79 |
3 | 97.34 | 96.07 | 97.05 |
4 | 95.28 | 93.71 | 94.68 |
表2 实例2中4种方法的识别准确率
Table 2 Identification accuracy statistics of 4 methods in Instance 2 %
方法 | 最大值 | 最小值 | 平均值 |
---|---|---|---|
1 | 85.59 | 84.26 | 85.06 |
2 | 88.07 | 86.03 | 86.79 |
3 | 97.34 | 96.07 | 97.05 |
4 | 95.28 | 93.71 | 94.68 |
方法 | 最大值 | 最小值 | 平均值 |
---|---|---|---|
本文方法 | 97.76(11) | 96.17(8) | 97.18 |
LBP-NSGA-Ⅱ-SVM | 95.61(19) | 93.22(15) | 94.27 |
1D-LTP-NSGA-Ⅱ-SVM(上模式) | 97.08(16) | 95.16(12) | 96.34 |
1D-LTP-NSGA-Ⅱ-SVM(下模式) | 96.63(14) | 94.73(12) | 95.51 |
表3 实例3中4种方法的故障识别结果
Table 3 Fault status identification results of 4 methods in Instance 3 %
方法 | 最大值 | 最小值 | 平均值 |
---|---|---|---|
本文方法 | 97.76(11) | 96.17(8) | 97.18 |
LBP-NSGA-Ⅱ-SVM | 95.61(19) | 93.22(15) | 94.27 |
1D-LTP-NSGA-Ⅱ-SVM(上模式) | 97.08(16) | 95.16(12) | 96.34 |
1D-LTP-NSGA-Ⅱ-SVM(下模式) | 96.63(14) | 94.73(12) | 95.51 |
[1] |
杨攀涛, 崔涛, 赵彦凯. 电动增压器对柴油发动机低速稳态性能的影响[J]. 兵工学报, 2021, 42(9): 1829-1837.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.09.003 |
|
|
[2] |
仝蕊, 康建设, 孙健, 等. 基于局部特征尺度分解与复合谱分析的齿轮性能退化特征提取[J]. 兵工学报, 2019, 40(5): 1093-1102.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.05.023 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.05.023 |
|
[3] |
杨大为, 赵永东, 冯辅周, 等. 基于参数优化变分模态分解和多尺度熵偏均值的行星变速箱故障特征提取[J]. 兵工学报, 2018, 39(9): 1683-1691.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2018.09.003 |
|
|
[4] |
李良钰, 苏铁熊, 马富康, 等. 基于集合经验模态分解-支持向量机的高压共轨系统故障诊断方法[J]. 兵工学报, 2022, 43(5): 992-1001.
doi: 10.12382/bgxb.2021.0155 |
doi: 10.12382/bgxb.2021.0155 |
|
[5] |
饶响, 盛晨兴, 郭智威. 不同表面纹理结构对柴油机缸套-活塞环摩擦磨损性能的影响研究[J]. 兵工学报, 2018, 39(2): 356-363.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2018.02.019 |
|
|
[6] |
doi: 10.1016/j.asoc.2019.106019 URL |
[7] |
doi: 10.1016/j.measurement.2019.05.046 URL |
[8] |
doi: 10.1016/j.isatra.2019.11.006 URL |
[9] |
doi: 10.1016/j.ymssp.2017.12.035 URL |
[10] |
彭泊涵, 欧阳杨, 张良. 几何与Gabor纹理特征的机载LiDAR点云建筑物提取[J]. 测绘科学, 2022, 47(6):119-126.
|
|
|
[11] |
|
[12] |
doi: 10.1177/1475921720923973 URL |
[13] |
卢胜男, 李小和. 基于对称FAST特征的车辆目标检测方法[J]. 微电子学与计算机, 2020, 37(2):37-42.
|
|
|
[14] |
|
[15] |
|
[16] |
|
[17] |
|
[18] |
doi: 10.1109/ACCESS.2019.2950698 |
[19] |
doi: 10.1016/j.ymssp.2020.107421 URL |
[20] |
|
[21] |
doi: 10.1016/j.epsr.2019.105893 URL |
[22] |
doi: 10.1109/TSMC.6221021 URL |
[23] |
doi: 10.1016/j.asoc.2019.106019 URL |
[1] | 方秋雨, 张蕴霖, 麻壮壮, 邵晋梁. 未知环境下基于控制障碍函数的无人车轨迹规划[J]. 兵工学报, 2023, 44(S2): 90-102. |
[2] | 裘镓荣, 曾鹏飞, 邵伟平, 赵丽俊, 郝永平. 基于PSO-LSSVM弹药装配质量预测方法[J]. 兵工学报, 2022, 43(9): 2379-2387. |
[3] | 段浩, 陈晖, 翟兆阳, 韩雨, 马凡华, 崔亚辉. 基于支持向量机的氢混天然气发动机性能预测[J]. 兵工学报, 2022, 43(5): 1002-1011. |
[4] | 杨建新, 兰小平, 冯亚东, 杨一铭, 郭志明. 基于改进樽海鞘群和最小二乘支持向量机算法的新型弹药质量评估方法[J]. 兵工学报, 2022, 43(5): 1012-1022. |
[5] | 李良钰, 苏铁熊, 马富康, 吴小军, 徐春龙. 基于集合经验模态分解-支持向量机的高压共轨系统故障诊断方法[J]. 兵工学报, 2022, 43(5): 992-1001. |
[6] | 徐雨芯, 顾楚梅, 曹建军, 许金勇, 魏志虎. 基于蚁群特征选择并行分类集成学习的孪生辐射源个体识别[J]. 兵工学报, 2022, 43(12): 3132-3141. |
[7] | 密俊霞, 于会龙, 席军强. 基于MLP-SVM的驾驶员换道行为预测[J]. 兵工学报, 2022, 43(12): 3020-3029. |
[8] | 杨攀涛, 崔涛, 赵彦凯, 何文钦, 于聪聪. 电动增压器对柴油发动机低速稳态性能的影响[J]. 兵工学报, 2021, 42(9): 1829-1837. |
[9] | 马润波, 董丽虹, 王海斗. 基于支持向量机的热喷涂层接触疲劳寿命预测[J]. 兵工学报, 2021, 42(12): 2743-2752. |
[10] | 雷震烁, 刘松涛, 温镇铭, 葛杨. 复杂电磁环境下末制导雷达工作状态实时判别方法[J]. 兵工学报, 2021, 42(1): 83-90. |
[11] | 王成, 吴岩, 杨廷飞. 利用改进单分类支持向量机提升舰船尾流目标的检测准确率[J]. 兵工学报, 2020, 41(9): 1887-1893. |
[12] | 吕国俊, 曹建军, 郑奇斌, 常宸, 翁年凤, 彭琮. 基于多目标蚁群优化的单类支持向量机相似重复记录检测[J]. 兵工学报, 2020, 41(2): 324-331. |
[13] | 邓青, 薛青, 罗佳. 基于支持向量机的坦克驾驶模拟训练结果分析[J]. 兵工学报, 2019, 40(9): 1953-1960. |
[14] | 代健, 李泽, 郝新红, 栗苹. 基于目标联合特征提取的脉冲多普勒引信抗干扰方法[J]. 兵工学报, 2019, 40(2): 225-233. |
[15] | 于震梁, 孙志礼, 曹汝男, 王鹏. 基于支持向量机和卡尔曼滤波的机械零件剩余寿命预测模型研究[J]. 兵工学报, 2018, 39(5): 991-997. |
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