基于數據驅動的高速列車轉向架故障診斷

目錄
第1章 緒論 1
1.1 高速列車轉向架 3
1.1.1 轉向架基本知識 3
1.1.2 高速列車轉向架故障及性能退化 6
1.2 國內外研究現狀 9
1.2.1 故障診斷研究現狀 9
1.2.2 高速列車轉向架故障診斷研究現狀 20
1.3 本書內容構架 22
參考文獻 23
第2章 基于信號處理的轉向架故障診斷 38
2.1 機械故障信號常規(guī)特征參數 38
2.1.1 時域特征 38
2.1.2 頻域特征 44
2.1.3 時頻域特征 46
2.2 信息測度理論體系 51
2.2.1 信息熵測度指標 51
2.2.2 復雜度指標 52
2.3 基于小波信息熵的轉向架故障特征分析 53
2.3.1 小波信息熵理論基礎 53
2.3.2 轉向架故障信號小波信息熵特征提取 54
2.3.3 高速列車轉向架故障診斷 59
2.4 基于經驗模態(tài)熵的轉向架故障特征分析 62
2.4.1 聚合經驗模態(tài)分解理論 62
2.4.2 經驗模態(tài)能量矩特征提取 66
2.4.3 經驗模態(tài)熵特征提取 68
2.4.4 經驗模態(tài)復雜度特征提取 74
2.5 轉向架性能退化的關聯信息測度特征分析 82
2.5.1 轉向架性能退化估計方法 82
2.5.2 互相關樣本熵 82
2.6 基于復合特征分析模型的轉向架故障診斷 85
2.6.1 復合信息測度模型 85
2.6.2 多準則特征選擇 87
2.6.3 流形二次特征降維 91
參考文獻 95
第3章 基于卷積神經網絡的轉向架故障診斷 97
3.1 卷積神經網絡模型概述 97
3.2 基于一維卷積神經網絡的轉向架故障分類 102
3.2.1 一維卷積神經網絡模型 102
3.2.2 故障分類實驗結果分析 106
3.3 基于膠囊神經網絡的轉向架故障分類 109
3.3.1 膠囊神經網絡模型 109
3.3.2 故障分類實驗結果分析 112
3.4 基于RSNet卷積神經網絡的轉向架故障診斷 116
3.4.1 RSNet卷積神經網絡模型 116
3.4.2 故障分類實驗結果分析 118
3.4.3 故障定位實驗結果分析 122
參考文獻 123
第4章 基于遞歸神經網絡的轉向架故障診斷 124
4.1 遞歸神經網絡模型概述 124
4.1.1 循環(huán)神經網絡 124
4.1.2 長短期記憶網絡 125
4.2 基于LSTM的轉向架故障分類 127
4.2.1 LSTM網絡模型 127
4.2.2 故障分類實驗結果分析 128
4.2.3 對比實驗結果分析 130
4.2.4 數據特征擴展及魯棒性驗證 133
4.3 基于LSTM的轉向架部件參數蛻變擬合 138
4.3.1 部件參數蛻變擬合實驗設計 138
4.3.2 固定行車速度的單通道部件參數蛻變擬合分析 141
4.3.3 固定行車速度的全通道部件參數蛻變擬合分析 149
4.4 基于GRU網絡的轉向架故障分類 154
4.4.1 GRU網絡模型 154
4.4.2 故障分類實驗結果分析 155
4.4.3 部件性能退化程度實驗結果分析 156
4.4.4 對比實驗結果分析——極限梯度提升(XGBoost) 157
參考文獻 159
第5章 基于復合模型的轉向架故障診斷 161
5.1 基于卷積循環(huán)神經網絡的轉向架故障分類 161
5.1.1 卷積循環(huán)神經網絡模型 161
5.1.2 消融實驗 166
5.1.3 與機器學習算法的對比實驗 166
5.1.4 與深度學習算法的對比實驗 169
5.2 基于多重卷積循環(huán)神經網絡的轉向架故障分類與性能退化評估 171
5.2.1 多重卷積循環(huán)神經網絡模型 172
5.2.2 消融實驗 173
5.2.3 對比實驗結果分析 176
5.2.4 泛化性能結果分析 177
5.3 基于雙域融合DenseNet的轉向架故障診斷 179
5.3.1 DenseNet模型 179
5.3.2 雙域融合網絡模型結構 180
5.3.3 實驗數據及流程 182
5.3.4 故障分類實驗結果分析 184
5.3.5 故障定位實驗結果分析 188
5.3.6 基于分類算法的轉向架性能退化評估 189
5.4 基于ICEEMDAN和1D-CNN的轉向架故障診斷 191
5.4.1 ICEEMDAN和1D-CNN模型 191
5.4.2 故障分類實驗結果分析 196
5.4.3 故障定位實驗結果分析 199
參考文獻 203
第6章 未來展望 205
6.1 基于復合神經網絡的轉向架智能協同故障診斷 205
6.1.1 高速列車轉向架的多傳感器優(yōu)化布局 206
6.1.2 高速列車轉向架智能協同一次診斷 206
6.1.3 高速列車轉向架智能協同二次診斷 207
6.2 前轉向架-車體-后轉向架耦合振動機理分析及故障診斷 207
6.2.1 前轉向架-車體-后轉向架耦合振動機理分析 207
6.2.2 前后轉向架多源振動信號分離與識別 208
6.2.3 多源振動耦合關系下轉向架故障診斷 208
6.3 面向轉向架在線故障診斷的神經網絡泛化和輕量化 209
6.3.1 面向多速度、多車型、多軌道的轉向架故障診斷模型泛化 209
6.3.2 面向嵌入式應用的轉向架故障診斷模型輕量化 209
6.3.3 面向在線運行的高速列車轉向架故障診斷模型融合 210