设备状态非平稳流形分析及诊断方法研究

机械设备工况的变化和故障的发生使测取的设备状态信号表现出非平稳性，对该类信号的有效特征分析是发展设备故障诊断技术的关键。目前着重于研究非平稳特征，或平稳信息的非线性特征。本项目研究把非平稳和非线性两种信息联立起来，利用前者对设备工况的本质反映，以及后者对状态信息的本质揭示，探讨反映设备状态本质的非平稳非线性特征表示与诊断的基础理论及方法。利用信号的相空间重构和多尺度小波变换分别构造相空间时频谱和多尺度特征等非平稳信息，研究由非平稳信息的欧几里德局部邻域提取设备状态的全局非线性流形结构，即包括时频流形和多尺度流形的非平稳流形分析的理论与方法。研究非平稳流形分析的实现算法，及非平稳流形对设备状态的特征表示规律，从而构建基于非平稳流形分析的设备故障诊断理论基础。非平稳流形研究的成功实施将提供一种设备状态分析和诊断的新方法，在机械故障诊断领域具有重要的理论和实践意义。

机械设备工况的变化和故障的发生使测取的设备状态信号表现出非平稳性，对该类信号的有效特征分析是发展设备故障诊断技术的关键。本项目针对机械设备状态信号的特点，通过联立设备工况的非平稳性以及状态信息的非线性，结合相重构、时频分析/多尺度分析和流形学习等理论方法，建立了反映设备状态本质的非平稳流形分析的理论与方法，实现了非平稳流形的分析算法，揭示了非平稳流形对设备状态的特征表示规律，从而构建了基于非平稳流形分析的设备故障诊断理论基础。针对非平稳信息的表征，从时频流形和多尺度流形两个方面展开深入的研究，提出了一系列创新的非平稳信号分析方法，包括时频流形标签分析、时频流形特征提取、时频流形相关匹配分析、时间尺度流形脊解调分析、小波包能量流流形学习、时频流形重构去噪方法、判别局部保持投影控制图法等。项目实施3年中，在国内外机械/振动工程、仪器仪表等研究领域的重要学术期刊和学术会议上发表学术论文37篇，其中期刊论文28篇（含SCI 检索论文21篇、其他EI检索论文3篇）、EI检索会议论文9篇（同时ISTP检索2篇）。申请中国发明专利2项。研究成果在6次国际学术会议上交流9人次。培养博士学位研究生 4 名，另有 1 名博士研究生和 3 名硕士研究生在读。非平稳流形研究的成功实施提供了一种融合机械系统非平稳和非线性信息的新思路，在机械故障诊断领域具有重要的理论和实践意义。