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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
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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

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