基于ANFIS的外啮合齿轮泵寿命预测研究

从流量退化趋势的角度提出了基于自适应网络模糊推理系统的寿命预测方法。首先利用改进的集合经验模态分解(MEEMD)方法对加速退化试验的振动数据进行多尺度重构降噪,提取重构信号的峭度值、均方频率、小波包能量,与转矩、转速、压力信号作为齿轮泵性能退化特征;然后使用核主元分析方法(KPCA)进行多特征融合,进而实现外啮合齿轮泵退化评估指标的建立和分析;再利用其退化评估指标与流量信号作为输入量对自适应网络模糊推理系统模型(ANFIS)进行训练,得到的齿轮泵剩余寿命预测模型,为了进一步验证该算法的有效性将其与liner回归模型、三次指数预测模型算法进行了比较,最后基于蒙特卡罗样本扩充方法实现外啮合齿轮泵的可靠性评估。结果表明,该方法的结果与实际阈值的预测误差约为8%,能够对外啮合齿轮泵的寿命进行比较准确的评估。     

KPCA和改进SVM在滚动轴承剩余 寿命预测中的应用研究

为解决支持向量机模型在预测滚动轴承剩余寿命时准确率不高的问题,对核主成分分析(Kernel Principal Component Analysis,KPCA)和最小二乘支持向量机(Least Square Support Vector Machine,LSSVM)在剩余寿命预测中的应用进行了研究。采用核主成分分析方法融合轴承振动信号时域、频域特征指标并提取第一主成分评估轴承性能退化情况,并将满足要求的多个KPCA主成分作为输入,建立KPCA-LSSVM模型来对轴承剩余寿命进行预测。采用轴承全寿命试验数据对该方法的有效性进行验证,结果表明,该方法提取的轴承性能退化评估指标能够更为全面地表征轴承性能退化情况,建立的KPCA-LSSVM模型可在滚动轴承剩余寿命预测工作中获得良好的预测效果。     

基于声发射信号的机械密封寿命预测

针对国内外对机械密封寿命预测研究不足,不能明确退化模型等问题,提出了基于声发射特征抽取和SVR的机械密封寿命预测方法。首先基于声发射技术通过实验采集了多组机械密封的全寿命数据,对数据进行小波去噪,并进一步进行小波包分解,从中提取能够表征机械密封运行状态的时频域特征以及其他统计特征;利用KPCA对高维特征进行降维处理,再通过马氏距离进行特征融合得到机械密封退化指标,将之作为SVR的输入训练退化模型。实验结果显示,基于声发射特征提取的机械密封寿命预测方法有着较好的泛化能力和较高的精度。     

基于UKF的轴承剩余寿命预测方法研究

针对轴承从早期故障发生到失效的非线性退化问题,提出一种基于无迹卡尔曼滤波算法(UKF)的轴承剩余寿命预测方法。该方法包括轴承性能评估和剩余寿命预测两个部分。在性能评估部分,首先利用轴承振动信号建立反映其健康状态的指数,基于对正常工作时指数的学习获得用于判断轴承健康状态的异常阈值并截取出轴承从早期故障发生到失效这一性能退化阶段的数据;在剩余寿命预测部分,利用双指数函数拟合分析轴承退化数据,构建出与轴承退化过程相符的非线性状态空间模型,模型参数利用Dempster-Shafer方法进行初始化后采用UKF算法对其进行更新,并预测轴承的剩余寿命。基于轴承全寿命周期试验数据的分析,结果显示所提方法有效地评估了轴承的健康状况,通过对比分析其他剩余寿命预测方法,发现所提方法较好地预测了轴承的剩余寿命。     

滚动轴承寿命动态预测新方法

由于传统可靠性分析方法是基于大量的失效试验数据和经验知识建立的静态模型,无法实现滚动轴承退化过程的跟踪以及准确进行可靠性评估和寿命预测,提出了基于主成分分析(principal component analysis,简称PCA)和相空间重构的滚动轴承寿命动态预测方法。首先,通过PCA将实时监测的多个滚动轴承性能指标进行融合;其次,使用相空间重构技术实现当前退化过程和历史退化过程的对比,得到寿命预测值,并结合历史失效时间进行统计推断,得到更准确的平均寿命。随着观测样本的不断积累,可实现平均寿命的动态更新。试验结果表明,本研究提出的动态寿命预测模型能够实时预测滚动轴承的寿命,具有较强的工程实用价值。     

基于KPCA和WPHM的滚动轴承可靠性评估与寿命预测

为了评估滚动轴承的可靠性和预测剩余使用寿命,选取能够反映性能退化过程的特征参数作为寿命预测模型的输入参数,提出一种基于核主元分析(kernel principal component analysis,简称KPCA)和威布尔比例故障率模型(Weibull proportional hazards model,简称WPHM)的方法。首先,提取滚动轴承全寿命周期的时域、频域及时频域等多特征参数,从中筛选出有效的特征参数,构建高维相对特征集;其次,进行核主元分析,选取能够反映轴承全寿命周期性能退化过程的核主元,进而作为WPHM的协变量来进行可靠性评估和剩余寿命预测。通过滚动轴承全寿命试验,验证了该方法能够对轴承进行准确的可靠性评估和剩余寿命预测,以提供及时的维修决策。同时,由于提取的是相对特征,降低了同种轴承间在制造、安装及工况的差异,增强了该方法的适用性和稳定性。     

失效物理与数据驱动融合的燃油泵在线寿命预测

针对机载燃油泵性能退化过程呈现的多阶段、非线性的特点以及对寿命预测实时性的要求,提出了一种基于失效物理与数据驱动融合的燃油泵在线退化建模与寿命预测方法。通过开关卡尔曼滤波器对燃油泵退化阶段进行在线识别,并对快速退化阶段建立失效物理与数据驱动融合的退化模型,然后基于无迹卡尔曼滤波器对建立的退化模型不断进行模型参数更新,并使用更新后的模型对失效寿命进行预测。将所提方法分别与纯数据驱动的方法、不进行退化阶段识别以及不进行参数更新的融合方法进行比较,整个参数更新过程中其均方根误差不超过0.3,寿命预测百分比误差不超过2%,均小于对比方法,验证了本文方法的有效性与优越性。     

基于长短期记忆网络的滚动轴承寿命预测方法

为解决滚动轴承剩余寿命预测问题,提出一种基于长短期记忆网络(long short-term memory,简称LSTM)的剩余寿命预测方法。首先,从时域、频域及时频域特征中提取特征参数;其次,定义三个评价指标定量评估表征轴承退化过程的特征参数效果,筛选得到退化特征参数集,搭建长短期记忆网络预测模型并以归一化寿命值为标签训练神经网络;最后,用训练好的神经网络实现滚动轴承剩余寿命预测。通过滚动轴承全寿命试验证明,该方法可以准确预测滚动轴承剩余寿命,并与反向传播(back propagation machine,简称BP)神经网络和支持向量回归机(support vector regression machine,简称SVRM)的预测效果对比,验证了提出方法的有效性。     

基于竞争失效的航空发动机剩余寿命预测

航空发动机作为典型的复杂机电系统,具有失效模式多样性的特点。多失效模式相互作用,实质上是竞争失效的关系,导致航空发动机剩余寿命预测的复杂性。针对航空发动机失效模式及失效规律特点,提出基于竞争失效的航空发动机剩余寿命预测方法,解决航空发动机健康管理的核心和关键问题。分析航空发动机两类失效模式——性能退化失效和突发失效的作用机制及相关性,构建基于竞争失效的航空发动机剩余寿命预测体系。结合航空发动机不同失效模式及数据特点,分别针对性能退化失效和突发失效建立剩余寿命预测模型。利用贝叶斯线性模型融合状态监测信息,建立航空发动机性能退化轨迹模型,实现针对不同性能退化情况下的航空发动机剩余寿命预测。以分析性能退化规律为基础,利用航空发动机故障信息,建立混合Weibull可靠性模型,量化性能退化失效对突发失效的影响,实现航空发动机突发失效剩余寿命预测。通过算例,验证提出方法的有效性。结果表明,考虑竞争失效的多模型剩余寿命预测技术能客观、准确描述航空发动机寿命变化规律。     

气动准零非线性隔振器的刚度特性与参数调控

为解决滚动轴承剩余寿命预测问题，提出一种基于长短期记忆网络（long short-term memory, 简称LSTM）的剩余寿命预测方法。首先，从时域、频域及时频域特征中提取特征参数；其次，定义三个评价指标定量评估表征轴承退化过程的特征参数效果，筛选得到退化特征参数集，搭建长短期记忆网络预测模型并以归一化寿命值为标签训练神经网络；最后，用训练好的神经网络实现滚动轴承剩余寿命预测。通过滚动轴承全寿命试验证明，该方法可以准确预测滚动轴承剩余寿命，并与反向传播(back propagation machine,简称BP)神经网络和支持向量回归机（support vector regression machine，简称SVRM）的预测效果对比，验证了提出方法的有效性。     

负载敏感系统煤矿用防爆三联电磁换向阀组的设计研究

遥控操作煤机装备负载敏感液压系统采用负载敏感电比例多路阀控制执行元件存在过度设计问题。通过分析煤矿用负载敏感液压系统的特点及压流特性，进而确定负载敏感用防爆电磁换向阀组的设计要求，设计了三联防爆电磁换向阀组元件原理图和整个负载敏感系统原理图；然后对阀组进行三维建模设计、元件选型；最后对制造的三联电磁换向阀组的应用情况进行了介绍。结果表明，该阀组的设计研究为矿用负载敏感系统控制提供了新的解决方案。     

Characteristics Prediction Method of Electro-hydraulic Servo Valve Based on Rough Set and Adaptive Neuro-fuzzy Inference System

Synthesis characteristics of the electro-hydraulic servo valve are key factors to determine eligibility of the hydraulicproduction. Testing all synthesis characteristics of the electro-hydranlic servo valve after assembling leads to high repair rate and reject rate, so accurate prediction for the synthesis characteristics in the industrial production is particular important in decreasing the repair rate and the reject rate of the product. However, the research in forecasting synthesis characteristics of the electro-hydraulic servo valve is rare. In this work, a hybrid prediction method was proposed based on rough set(RS) and adaptive neuro-fuzzy inference system(ANFIS) in order to predict synthesis characteristics of electro-hydraulic servo valve. Since the geometric factors affecting the synthesis characteristics of the electro-hydraulic servo valve are from workers' experience, the inputs of the prediction method are uncertain. RS-based attributes reduction was used as the preprocessor, and then the exact geometric factors affecting the synthesis characteristics of the electro-hydraulic servo valve were obtained. On the basis of the exact geometric factors, ANFIS was used to build the final prediction model. A typical electro-hydranlic servo valve production was used to demonstrate the proposed prediction method.The prediction results showed that the proposed prediction method was more applicable than the artificial neural networks(ANN) in predicting the synthesis characteristics of electro-hydraulic servo valve, and the proposed prediction method was a powerful tool to predict synthesis characteristics of the electro-hydraulic servo valve. Moreover, with the use of the advantages of RS and ANFIS, the highly effective forecasting framework in this study can also be applied to other problems involving synthesis characteristics forecasting.     

高压油泵电磁计量阀可靠性分析

提出了一种基于Weibull分布的高压油泵电磁计量阀可靠性模型,对某批次电磁计量阀售后失效模式进行判断并完成其可靠性寿命计算与预测.通过计算结果分析:β>1.0,表明该油泵电磁计量阀的售后失效模式为耗损型失效模式;油泵电磁计量阀的B10寿命为22,306km,平均寿命为111,287km.对电磁计量阀耗损失效模式进行分...     

基于双线性插值控制策略的比例流量阀特性研究

当前液压调速阀通常采用机械式压差补偿器或动态流量器等方式实现输出流量的精确控制,但存在机械结构复杂、通流量小,以及输出流量受负载影响大等不足。提出一种基于双线性插值的流量补偿策略,并将该策略应用到以Valvistor阀为主阀的比例流量阀中,形成具有数字流量补偿功能的比例流量阀,其包括主阀、先导阀、压力传感器和流量补偿器,压力传感器的作用是检测反馈主阀进、出口压力;流量补偿器以主阀进、出口压力和设定流量为输入变量,经双线性插值计算后,流量补偿器输出流量校正控制信号,调节先导阀开口以补偿主阀口压差变化对输出流量的影响,从而实现流量的精确控制。建立该比例流量阀的简化数学模型（不考虑流量补偿器）,研究发现输出流量、先导阀输入电压与主阀压差平方根之间存在着线性关系,基于此特征,设计基于双线性插值算法的流量补偿器,并利用仿真和试验对该流量阀的动、静态特性进行研究;结果表明该流量阀输出流量具有良好的静态控制精度且受主阀压差变化的影响较小;若主阀口压差越大,则主阀芯动态响应会越快;对于由负载压力阶跃变化产生的主阀压差而言,若主阀压差越大,则系统流量抗干扰能力随之减弱。     

Neural,fuzzy and neuro-fuzzy approach for concentration estimation of volatile organic compounds by surface acoustic wave sensor array

Present study evaluates application of adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) for concentration estimation of volatile organic compounds (VOCs) by analyzing response matrix of polymer-functionalized surface acoustic wave (SAW) sensor array. The performance of ANFIS is compared with that of subtractive clustering based fuzzy inference system (SC-FIS) and backpropagation artificial neural network (BP-ANN). For analysis, the raw SAW sensor array data is preprocessed by logarithmic scaling followed by dimensional autoscaling and the feature extraction by principal component analysis (PCA). For concentration prediction, the extracted feature vectors were fed as input to the three methods (ANFIS, SC-FIS and BP-ANN) independently. The performance of the three methods were evaluated on the basis of root mean square error (RMSE) and correlation value involving actual and estimated values of concentration. Five sets of SAW sensor array responses are analyzed. The analysis includes both experimental and synthetic (sensor model generated) data sets. It is found that the ANFIS has the least value of RMSE and highest value of correlation compared to SC-FIS and BP-ANN. This signifies the relative superiority of ANFIS method.     

Analysis of flow torques during opening and closing of high-frequency rotary directional control valve

A 2D high-frequency rotary directional control valve with a spool having two degrees of freedom for axial linear motion and circumferential rotation is proposed in this paper. The axial linear motion decides the maximum orifice area, and the circumferential rotation lets the orifice area change continuously. One of the known elements impacting valve function is the flow force. This paper systematically analyzes the steady and transient flow torques subjected to the valve through theoretical analysis, AMESim-Fluent joint simulation and experimental tests. The results show that: under a single variable, the flow torques of the 2D high-frequency rotary directional control valve initially increase and then decrease like the sinusoid curve with the rotation of the spool and reach the maximum when the orifice opening is 1/2, and the flow torques are always in the direction of orifice closing and want to close the orifice. When the orifice area increases, the flow torques are the resistance, preventing the spool from opening; when the orifice area decreases, the flow torques are the power, pushing the spool to close. The steady flow torques are proportional to the pressure drop. The direction of the transient flow torque is independent of the relative position of the spool groove and sleeve window, which proportional to the square root of the pressure drop, orifice area and rotational speed. The flow torques are so important in the control of valve and can not be negligible.     

电磁阀内部流场CFD分析

利用计算流体力学软件FLUENT对一种气井专用的电磁阀内部流场进行了计算和分析,结果表明:阀芯后部存在低速区,下部出口管内存在两个明显的涡流区,涡流区的出现加大了流动的阻力;随着阀芯开度的增大,阀芯后部低速区仍然存在,涡流区的旋转强度减弱,阀体内的湍动能和湍能耗散率减小,电磁阀的总压降减小;锥形阀座壁面和下游出口管下部壁面剪应力较大,其它区域剪应力较小,因此在阀芯锥面以及阀座锥形壁面和下游出口管下部的壁面处容易磨损。研究结果为电磁阀内部结构的设计提供了指导。     

基于改进自适应模糊推理系统的YG3硬质合金精密外圆磨削表面质量预测

为提高硬质合金材料精密外圆磨削的表面完整性和加工质量,研究其表面质量的预测技术,建立了基于自适应模糊推理系统(ANFIS)的YG3硬质合金精密外圆磨削表面粗糙度预测模型,并引入混合田口遗传算法(HTGA)对预测模型进行了改进。采用工艺试验中所用的磨削参数及相应条件下测得的表面粗糙度数据作为训练样本和测试样本,通过对BP神经网络模型、传统ANFIS预测模型及改进ANFIS预测模型的预测结果进行对比分析,对三种模型的有效性和预测精度进行了验证。结果表明,所提出的改进ANFIS预测模型从预测值相对误差Er的分布及均方根相对误差EMSRE的大小来看,均优于其他两种预测模型,预测精度较高,是一种有效的表面质量预测方法。      

二维电液比例换向阀动态特性及稳定性分析

二维电液比例换向阀兼具直动式和导控式比例阀的功能:正常工作压力下,比例电磁铁输出的推力通过压扭联轴器使阀芯转动,阀敏感腔的压力差动变化,驱动阀芯轴向移动,与此同时阀芯反向转动,敏感腔的压力又逐渐恢复为原来的值,阀芯到达一个新的平衡位置,实现对阀芯位移的液压先导比例控制;当工作压力为零时,则由比例电磁铁直接驱动阀芯。在正常的工作过程中,压扭联轴器不仅可以实现直线-旋转运动转换,还可将比例电磁铁的驱动力放大,使其能有效、可靠地驱动阀芯转动,从而提高其比例控制性能和工作可靠性。通过2D阀的建模、动态仿真及稳定研究,弄清2D阀的关键结构和工作参数对动态特性的影响,并建立2D阀的稳定条件,为其结构设计和优化提供理论依据。对2D阀试验研究,测得直动与导控两种工作状态下主要性能曲线与指标,试验表明2D电液比例换向阀不仅可以实现直动和导控的功能,而且通过先导控制可以有效克服液动力和摩擦力的不利影响,同时也证明了2D阀具有较快的响应速度和很好的稳定性。     

液压支架用电液换向阀的动态特征及流场特性仿真分析

为了提高液压支架的机械控制能力,利用电液换向阀完成支架控制箱动作控制。该文采用流体动力学仿真了电液换向阀的动态特征及流场特性。研究结果表明:当时间到达0.14 s时二级阀芯发生运动,出口流量快速增大至一个峰值状态;随着阀芯到达一个稳定运动状态后,换向阀也达到1013 L/min的稳定出口流量。换向阀在高压大流量系统内工作时将会快速到达峰值压力,产生液压冲击作用并使支架立柱受到破坏。当流体由阀套流至阀芯时因为过流断面的面积会迅速降低,使压力下降4.1 MPa,形成压力集中损失的区域,同时在阀芯的主流道区域还会形成均匀的压力分布状态。从阀口的下游最初进入阀芯的主通道位置时将达到最大流速,等于109 m/s,表明该部位形成了最小的过流面积。