高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于Hilbert-Huang变换和BP神经网络的核级电动阀门退化趋势预测

刘杰 张林 王运生 闫晓 湛力 欧柱

刘杰, 张林, 王运生, 闫晓, 湛力, 欧柱. 基于Hilbert-Huang变换和BP神经网络的核级电动阀门退化趋势预测[J]. 核动力工程, 2022, 43(3): 179-184. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0179
引用本文: 刘杰, 张林, 王运生, 闫晓, 湛力, 欧柱. 基于Hilbert-Huang变换和BP神经网络的核级电动阀门退化趋势预测[J]. 核动力工程, 2022, 43(3): 179-184. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0179
Liu Jie, Zhang Lin, Wang Yunsheng, Yan Xiao, Zhan Li, Ou Zhu. Degradation Trend Prediction of Nuclear-level Electric Valve Based on Hilbert-Huang Transform and BP Neural Network[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(3): 179-184. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0179
Citation: Liu Jie, Zhang Lin, Wang Yunsheng, Yan Xiao, Zhan Li, Ou Zhu. Degradation Trend Prediction of Nuclear-level Electric Valve Based on Hilbert-Huang Transform and BP Neural Network[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(3): 179-184. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0179

基于Hilbert-Huang变换和BP神经网络的核级电动阀门退化趋势预测

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0179
详细信息
    作者简介:

    刘 杰(1992—),男,助理研究员,主要从事机电设备可靠性研究,E-mail: liujie_cult@163.com

    通讯作者:

    王运生,E-mail: 153637760@qq.com

  • 中图分类号: TL353+.11;TP183

Degradation Trend Prediction of Nuclear-level Electric Valve Based on Hilbert-Huang Transform and BP Neural Network

  • 摘要: 核级电动阀门服役环境恶劣,极易发生退化失效。为准确预测核级电动阀门性能退化趋势,采用Hilbert-Huang变换(HHT)和反向传播神经网络(BPNN)相结合的方法(HHT-BPNN)对核级电动阀门的退化状态进行预测。本文采用某次核级电动阀门可靠性试验的振动信号对电动阀门退化趋势进行预测,结果显示该方法能准确预测出核级电动阀门的3种退化状态,且其相对误差在可接受范围内。研究表明HHT能够有效提取信号的退化信息,BPNN能够准确预测核级电动阀门的退化趋势,HHT-BPNN预测方法能有效解决核级电动阀门性能退化预测困难的问题。

     

  • 图  1  BPNN算法原理过程图

    Figure  1.  BPNN Algorithm Principle Process Diagram

    图  2  基于 HHT 和 BPNN 的预测方法

    Figure  2.  Prediction Method Based on HHT and BPNN

    图  3  电动阀门失效前 6 次振动退化数据

    红色虚线——电动阀门关闭时振动信号的包络线

    Figure  3.  Six Vibration Degradation Data before Failure of Electric Valve

    图  4  前4组IMF分量Hilbert的瞬时幅值图

    Figure  4.  Hilbert’s Instantaneous Amplitude Map of IMF Components in the First Four Groups

    图  5  HHT瞬时幅值波形因子

    Figure  5.  Waveform Factor of HHT Instantaneous Amplitude

    图  6  原始振动信号波形因子

    Figure  6.  Waveform Factor of Original Vibration Signal

    表  1  优化后BPNN网络参数设置情况

    Table  1.   BPNN Network Parameter Setting after Optimization    

    参数设置情况
    输入信号向量维数4
    隐藏层数3
    隐藏层神经元个数[4, 2, 2]
    核函数类型tansig函数
    优化目标根均方误差最小
    训练优化算法梯度下降法
    迭代次数5000
    下载: 导出CSV

    表  2  基于HHT-BPNN方法预测结果

    Table  2.   Prediction Results Based on HHT-BPNN Method

    阀门失效前动作次数验证指标值预测输出值相对误差/%
    1510.99910.09
    1411.00000
    1310.99840.16
    1211.00330.33
    1111.00010.01
    1010.99850.15
    911.00240.24
    810.99740.26
    711.00050.05
    610.99560.44
    510.98601.40
    421.703214.84
    321.99860.07
    221.94202.90
    133.00040.01
    下载: 导出CSV
  • [1] DUTTON D M, CONROY G V. A review of machine learning[J]. The Knowledge Engineering Review, 1997, 12(4): 341-367. doi: 10.1017/S026988899700101X
    [2] DU X D, CAI Y H, WANG S, et al. Overview of deep learning[C]//Proceedings of the 31st Youth Academic Annual Conference of Chinese Association of Automation (YAC). Wuhan: IEEE, 2016: 159-164.
    [3] JIA Z Y, MA J W, WANG F J, et al. Hybrid of simulated annealing and SVM for hydraulic valve characteristics prediction[J]. Expert Systems with Applications, 2011, 38(7): 8030-8036. doi: 10.1016/j.eswa.2010.12.132
    [4] 贾春玉,康凯旋,高伟,等. 基于CNN+LSTM神经网络的电液伺服阀故障预测[J]. 液压与气动,2020(12): 173-181. doi: 10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.027
    [5] 肖凯,黎婧,赵梦薇,等. 小型压水堆功率神经网络预测控制研究[J]. 核动力工程,2020, 41(S2): 50-53.
    [6] 曾聿赟,刘井泉,杨春振,等. 基于机器学习的小型核反应堆系统状态预测方法[J]. 核动力工程,2018, 39(1): 117-121.
    [7] HUANG H E, SHEN Z, LONG S R, et al. The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis[J]. Proceedings of the Royal Society A:Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 1998, 454(1971): 903-995. doi: 10.1098/rspa.1998.0193
    [8] HUANG N E, SHEN Z, LONG S R. A new view of nonlinear water waves: the Hilbert spectrum[J]. Annual Review of Fluid Mechanics, 1999, 31: 417-457. doi: 10.1146/annurev.fluid.31.1.417
    [9] CHEN D S, JAIN R C. A robust backpropagation learning algorithm for function approximation[J]. IEEE Transactions on Neural Networks, 1994, 5(3): 467-479. doi: 10.1109/72.286917
    [10] SADEGHI B H M. A BP-neural network predictor model for plastic injection molding process[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2000, 103(3): 411-416. doi: 10.1016/S0924-0136(00)00498-2
    [11] 雷亚国. 基于改进Hilbert-Huang变换的机械故障诊断[J]. 机械工程学报,2011, 47(5): 71-77.
    [12] LIU B, RIEMENSCHNEIDER S, XU Y. Gearbox fault diagnosis using empirical mode decomposition and Hilbert spectrum[J]. Mechanical Systems and Signal Processing, 2006, 20(3): 718-734. doi: 10.1016/j.ymssp.2005.02.003
  • 加载中
图(6) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  327
  • HTML全文浏览量:  212
  • PDF下载量:  35
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-25
  • 录用日期:  2021-05-06
  • 修回日期:  2022-03-14
  • 刊出日期:  2022-06-07

目录

    /

    返回文章
    返回