基于变异算子的PSO算法优化RBF网络在齿轮箱故障诊断中的应用

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齿轮箱是传动机械中重要零部件,其运行状态关系到整个机械设备的生产。齿轮箱的运行环境和工况比较复杂,齿轮是其中容易发生故障的元件。据统计,齿轮裂纹和齿面断裂这两种故障类型占齿轮所有故障类型的将近一半之多。因此,对齿轮工况在线监测和其裂纹的识别预警很有必要。
  粒子群优化算法(简称PSO算法)是一种用来寻求最优解的群体智能算法,本文首先在PSO中引入一种变异操作算子对算法进行一定改进,并对改进后的PSO与传统PSO之间的优越性进行仿真对比分析。然后在改进PSO的基础上,结合RBF网络优化所需解决的具体问题,建立了一种基于变异算子的PSO优化RBF网络的模型。基本思路是:加入变异算子来改进传统PSO,改进后的PSO用来优化RBF网络的权值和阈值等参数,优化后的网络模型用到齿轮箱故障识别。目的在于对齿轮箱中齿轮的各种故障情况做出及时、精准的识别,提升齿轮箱的寿命和稳定性,把齿轮箱故障带来的经济损失降到最低水平。
  本文选取主动轮的裂纹故障作为研究对象,故障表现形式为四种不同程度的损坏,并设计了实验采集了振动信号。运用小波包分解重构对实验原始信号进行了去噪,提取了8种对故障敏感的时域特征参量。利用本文提出的神经网络模型对特征参数进行分析,结果表明,本文所提出的基于变异算子的PSO优化RBF网络模型是可行的,对齿轮箱故障类型做出了精准判断。另外,为了说明本文对传统PSO改进是否有意义,将同样的样本用标准PSO优化的RBF网络模型进行分析诊断,结果显示本文提出的网络模型更有优势。因此,通过本论文的研究表明了:改进的PSO为RBF网络提出了一种行之有效的优化策略,也在一定程度上提高了该网络模型的效率和精准度,进而优化和拓展了PSO和神经网络相结合的应用。
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