基于表征學(xué)習(xí)的滾珠絲杠副系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與性能評估技術(shù)研究.pdf

1、滾珠絲杠副系統(tǒng)是一類將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動的機(jī)械傳動裝置，廣泛應(yīng)用于精密機(jī)械定位與測量系統(tǒng)。其在運(yùn)行過程中不可避免的會出現(xiàn)磨損，結(jié)構(gòu)松動等現(xiàn)象。而滾珠絲杠副系統(tǒng)發(fā)生故障或者出現(xiàn)性能退化會嚴(yán)重影響機(jī)械設(shè)備的精度與運(yùn)行安全。因此研究滾珠絲杠副系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測與性能評估對于提高制造業(yè)水平，減少企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失非常重要。滾珠絲杠副系統(tǒng)的振動信號包含了豐富的設(shè)備狀態(tài)與性能信息。但是，采集的振動信號中往往包含有大量的噪聲成分，這對有效信息提取造成了一定

2、困擾。同時(shí)，如何有效提取與表達(dá)信號中的信息成分也是信號處理領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)。論文結(jié)合表征學(xué)習(xí)在滾珠絲杠副系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與性能評估方面展開了深入的研究，具體內(nèi)容如下:
　　(1)以字典學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)為代表系統(tǒng)研究了表征學(xué)習(xí)的基本算法與結(jié)構(gòu)。揭示了表征學(xué)習(xí)的內(nèi)涵屬性是不引入先驗(yàn)知識的情況下從原始信號中學(xué)習(xí)得到其本質(zhì)特征表示。同時(shí)，通過圖像信號處理說明了表征學(xué)習(xí)可以學(xué)習(xí)得到信號的基本組成成分，并可廣泛應(yīng)用于信號去噪與分類。
　

3、　(2)研究了基于字典學(xué)習(xí)和稀疏編碼的機(jī)械振動信號去噪技術(shù)。針對滾珠絲杠副支撐軸承振動信號的特點(diǎn)，構(gòu)建了由固定字典函數(shù)和軸承振動信號構(gòu)成的復(fù)合異構(gòu)訓(xùn)練樣本集合。探索了振動信號在學(xué)習(xí)字典域內(nèi)稀釋表示進(jìn)行去噪的方法。提出利用在線字典學(xué)習(xí)來增強(qiáng)算法計(jì)算實(shí)時(shí)性。并通過仿真信號和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了算法的可行性和有效性。
　　(3)設(shè)計(jì)了滾珠絲杠副系統(tǒng)絲杠變速工況下的故障定位算法。通過多項(xiàng)式調(diào)頻小波方法，計(jì)算出絲杠旋轉(zhuǎn)瞬時(shí)頻率。提出了基于幅值閥值

4、和導(dǎo)數(shù)閥值的時(shí)域信號異常檢測方法定位絲杠故障時(shí)間點(diǎn)?；诮z杠瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)頻率和故障時(shí)間點(diǎn)計(jì)算獲得絲杠在不同工況下的故障位置點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)平臺研究了兩種不同工況下的絲杠多故障點(diǎn)定位。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提出的算法可有效判斷絲杠故障并計(jì)算出準(zhǔn)確位置，定位誤差小于兩個(gè)絲杠導(dǎo)程。
　　(4)研制了滾珠絲杠副系統(tǒng)綜合加速性能退化實(shí)驗(yàn)臺。根據(jù)絲杠壽命公式，分析了影響絲杠運(yùn)行壽命的因素，設(shè)計(jì)了滾珠絲杠副系統(tǒng)絲杠性能退化實(shí)驗(yàn)方案。通過改變運(yùn)行速度，負(fù)載大小模

5、擬滾珠絲杠副系統(tǒng)的不同運(yùn)動工況，并采集了不同工況下的振動、扭矩等傳感器信號，為滾珠絲杠副系統(tǒng)的準(zhǔn)確性能評估提供了數(shù)據(jù)保障。
　　(5)提出了基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的滾珠絲杠副系統(tǒng)性能評估方法。對實(shí)驗(yàn)采集的滾珠絲杠副系統(tǒng)振動信號進(jìn)行時(shí)域、頻域和時(shí)頻域特征提取，設(shè)計(jì)了頻域譜峭度相關(guān)系數(shù)這一新的頻域特征值，可分辨能力強(qiáng)。深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)提取深層次的特征參數(shù)并降低特征維數(shù)，提高可識別性。引入去噪深度學(xué)習(xí)算法，將輸入向量中某些位置的值用隨機(jī)噪聲代

6、替，增強(qiáng)了模型的魯棒性。
　　(6)基于以上理論和實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了滾珠絲杠副系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與性能評估系統(tǒng)的實(shí)用化研究?；赟ocket原理設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集端與上位機(jī)客戶端的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的遠(yuǎn)程化操作。研究了基于圖形處理單元的算法并行化加速方案，縮短了模型計(jì)算時(shí)間?；赪xPython開發(fā)了圖像化顯示界面，便于可視化操作與顯示。
　　本文在滾珠絲杠副系統(tǒng)性能退化實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)表征學(xué)習(xí)，狀態(tài)監(jiān)測與性能評估等方面進(jìn)行了深入研究。探索