改进算法的FastICA在齿轮箱故障诊断中的应用.doc

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1、改进算法的FastICA在齿轮箱故障诊断中的应用胡贵锋王细洋（南昌航空大学，航空制造工程学院，南昌330063）摘要：在故障诊断中，传感器采集的振动信号由噪声和齿轮箱信号叠加组成。为了分离出有用的齿轮信号，克服传统盲源分离方法的不足，本文提出基于Huber-M估计函数的改进FastICA算法，该方法主要通过使用Hubert-M估计函数来替代原FastICA算法中的目标函数中的非线性函数，通过牛顿迭代算法对其进行优化，得到改进后的独立分量分析算法。先经过仿真实验验证其可行性，再通过对齿轮箱时域和频域故障信号的分离。结果表明，该方法不仅能得到准确的故障信号，而且还可以增

2、强待分析的故障信号，此方法可以作为故障诊断的预处理方法。关键词：盲源分离；Huber-M估计函数；非线性函数；信号预处理；故障诊断中图分类号:TP206；TH132　　　文献标志码:AAnImprovedAlgorithmofFastICAappliedinFaultDiagnosisofGearboxHuGuifeng,WangXiyang(SchoolofAeronauticalManufacturingEngineering,NanchangHangkongUniversity,Nanchang,330063,China)Abstract：Infaultdia

3、gnosis,sensorscollectthevibrationsignalsmakeupofthenoiseandthesignalsofgearboxes.Inordertoseparateouttheusefulgearsignals,weshouldovercometheshortcomingsofthemethodoftraditionalblindsourceseparation,thispaperproposedanimprovedFastICAalgorithmwhichbasedonHuber-Mevaluatorfunction,thismet

4、hodmainlythroughusingofHubert-MestimatorfunctiontoreplacetheFastICAalgorithmofnonlinearfunctionoftheobjectivefunction,andthroughtheNewtoniterativealgorithmoptimizing,thengettheimprovedindependentcomponentanalysisalgorithm.Theresultsshowthatthroughtheseparationthismethodcannotonlygetacc

5、uratefaultsignal,butalsocanenhancethetobeanalysedfaultsignal,themethodcanbeusedasthepretreatmentofthefaultdiagnosismethod.Keywords:Blindsourceseparation;Huber-Mestimatorfunction;Nonlinearfunction;Signalpretreatment;Faultdiagnosis0引言目前齿轮传动是机械设备中最常见的传动方式之一，而检测与诊断其故障的主要手段是通过采集齿轮箱的振动信号。由于传

6、感器采集的信号往往油若干个信号混叠在一起，频带混叠很严重，传统的滤波方法，不仅会滤掉噪声，还会滤掉一些有用的特征信号。王述伟和崔晓静成功的将FastICA算法应用到旋转机械的故障特征提取中；赵天娇等人在二阶收敛的基础上改用五阶收敛的牛顿迭代法来改进FastICA算法；王小敏等人通过对FastICA算法添加松弛因子以改善其初始权值的收敛性。独立分量分析在故障诊断、信号分析、图像处理等各个方面都取得较成功的应用。然而上述方法并未对ICA核心算法进行改进，已达到获得更好的分析效果。本文在对盲源分离技术的原理进行深入理解的基础上，主要介绍了Hubert-M估计函数对Fast

7、ICA算法的改进，能更好的实现对信号有效提取，通过仿真验证其可行性和改进后的算法在阈值范围、迭代次数敛时间等的影响。并验证改进后的算法在齿轮箱故障特征提取中的应用,实现对齿轮箱故障特征的有效提。1FastICA改进算法及其实现1.1Hubert-M估计函数理论在盲源分离算法中，函数的选择和算法的非线性决定着分离的性能。本文中，阈值的选择对消噪很重要，针对阈值存在不连续问题，Donoho提出将小于阈值的系数置于零外，大于阈值的向零缩减，因此存在值，如式（1）：（1）FastICA算法广泛采用基于峭度全局收敛方法，其他目标函数适用局部收敛且输出信号分布必须满足一定稳