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基于CEEMDAN-PCA-AC-CNN模型的离心泵故障识别技术

李曈希 刘志龙 罗骞 曾真 王钦超 聂常华

李曈希, 刘志龙, 罗骞, 曾真, 王钦超, 聂常华. 基于CEEMDAN-PCA-AC-CNN模型的离心泵故障识别技术[J]. 核动力工程, 2025, 46(1): 265-272. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.01.0265
引用本文: 李曈希, 刘志龙, 罗骞, 曾真, 王钦超, 聂常华. 基于CEEMDAN-PCA-AC-CNN模型的离心泵故障识别技术[J]. 核动力工程, 2025, 46(1): 265-272. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.01.0265
Li Tongxi, Liu Zhilong, Luo Qian, Zeng Zhen, Wang Qinchao, Nie Changhua. Centrifugal Pump Fault Identification Technology Based on CEEMDAN-PCA-AC-CNN Model[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(1): 265-272. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.01.0265
Citation: Li Tongxi, Liu Zhilong, Luo Qian, Zeng Zhen, Wang Qinchao, Nie Changhua. Centrifugal Pump Fault Identification Technology Based on CEEMDAN-PCA-AC-CNN Model[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(1): 265-272. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.01.0265

基于CEEMDAN-PCA-AC-CNN模型的离心泵故障识别技术

doi: 10.13832/j.jnpe.2025.01.0265
基金项目: 四川省重点研发计划(2023YFG0185)
详细信息
    作者简介:

    李曈希(1995—),男,工程师,现主要从事声振信号分析与设备健康管理方向的研究,E-mail: litongxi2021@163.com

    通讯作者:

    刘志龙,E-mail: lzluestc@163.com

  • 中图分类号: TH702;TL38+3

Centrifugal Pump Fault Identification Technology Based on CEEMDAN-PCA-AC-CNN Model

  • 摘要: 为确保离心泵的长期健康稳定运行,对其进行在线监测与故障识别显得尤为重要。本文提出了一种基于自适应噪声的集合经验模态分解(CEEMDAN)-主成分分析(PCA)-自相关(AC)-卷积神经网络(CNN)的设备故障识别模型。首先将采集到的振动信号进行CEEMDAN,对得到的内涵模态函数(IMF)分量进行判别,剔除噪声分量,重构第一轮去噪信号。再通过PCA对一轮去噪的信号进行二次降噪处理。然后将经历2次降噪处理后的信号进行AC处理,送入CNN作为输入数据,对模型进行训练。通过对某离心泵故障进行实验验证,结果表明:本文提出的方法相较于传统双层降噪结合CNN的算法、CEEMD-小波降噪-AC-CNN等算法具有更好的抗干扰性能与更快的模型收敛速度,具有更高的识别准确率与更好的鲁棒性,在同等量级下,识别准确率高达97.9%。

     

  • 图  1  CEEMDAN信号时域图像

    Figure  1.  Decomposed Signals by CEEMDAN

    图  2  CEEMDAN降噪效果示意

    Figure  2.  Denoised Signals by CEEMDAN

    图  3  CEEMDAN-PCA两轮降噪效果示意

    Figure  3.  Denoised Signals by CEEMDAN-PCA

    图  4  经AC处理后3种分解算法降噪后的函数的时频域图像

    Figure  4.  Time frequency Domain Images of Autocorrelation Functions after Denoising Using Three Decomposition Algorithms

    图  5  池化示意图

    Figure  5.  Pooling Diagram

    图  6  基于CEEMDAN-PCA-AC-CNN模型的离心泵故障识别算法流程图

    Figure  6.  Flow Chart of Centrifugal Pump Fault Identification Algorithm Based on CEEMDAN-PCA-AC-CNN

    图  7  5种状态下的信号时域和频域图像

    Figure  7.  Time Domain and Frequency Domain of Signals under Five Conditions

    图  8  几类模型的训练曲线对比

    Figure  8.  Comparison of Training Curves of Different Models

    表  1  数据集规模分布

    Table  1.   Data Set Size Distribution

    故障特征 流量 训练集 测试集 标签
    轻微磨损 额定 640 200 状态0
    中度磨损 额定 640 200 状态1
    轴套碎裂 额定 160 50 状态2
    轴套碎裂 1.1倍额定 160 50 状态3
    正常运行 额定 1280 400 状态4
    下载: 导出CSV

    表  2  几类模型在测试集中的识别准确率

    Table  2.   Precision of Different Models in the Test Set

    模型准确率/%
    CEEMDAN-PCA-AC-CNN97.9
    CEEMDAN-小波强制降噪-AC-CNN92.9
    CEEMDAN-小波硬阈值降噪-AC-CNN95.1
    CEEMDAN-AC-CNN96.5
    CEEMDAN-PCA-CNN85.8
    EEMD-PCA-CNN77.4
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-03-21
  • 修回日期:  2024-06-21
  • 刊出日期:  2025-02-15

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