基于卷积神经网络的滚动轴承故障检测.pdf

简介：
本文探讨了利用卷积神经网络（CNN）进行滚动轴承故障检测的方法，通过分析振动信号数据，实现了高效准确的故障识别与分类。 随着工业设备的日益复杂化，故障诊断技术的重要性愈发突出。传统的滚动轴承故障诊断方法依赖于专家经验、频谱分析等方式，过程繁琐且易受人为因素影响，导致效果不佳。近年来，深度学习技术的发展为这一问题提供了新的解决方案，尤其是在图像识别领域取得成功的卷积神经网络（Convolutional Neural Networks, CNN）激发了将其应用于滚动轴承故障诊断的可能性。 卷积神经网络是一种具有强大特征提取能力的深度学习模型，其核心在于卷积层和池化层。通过滤波器对输入数据进行扫描，卷积层可以提取局部特征；而池化层则用于降低数据维度，在减少计算量的同时保持关键信息。在滚动轴承故障诊断中，原始振动信号被转化为2维灰度图像，这样CNN便能利用其处理图像的优势来识别这些“图像”中的故障特征。 本研究首先对不同故障状态下的振动信号进行了归一化处理，以消除因信号强度差异带来的影响，并使网络能够更好地学习和比较不同的样本。接着将1维的振动信号转换为2维图像形式，使得卷积网络可以捕捉到信号中连续变化的模式。为了增强数据集多样性，采用了重叠采样策略来增加样本量。 实验中利用TensorFlow库构建了四种不同结构的卷积神经网络模型，并对每个模型进行了多次训练以减少随机性并提高稳定性与可靠性。通过测试准确率对比选择了最适合滚动轴承故障诊断的一种模型，并进一步优化其参数以提升识别精度和运行效率。 结果显示，基于CNN的方法能够精确地识别和分类滚动轴承的各类故障，克服了传统方法中的局限性。这种方法不仅简化了诊断流程、提高了准确性，还降低了对外部因素的依赖，在实现滚动轴承故障自动检测与预警方面具有重要意义。未来这一技术有望推广至更广泛的机械设备故障诊断领域，为工业自动化及智能维护提供有力支持。