基于Matlab智能BP神经网络

本科毕业论文（设计）

( 2013届 )

题 目： 基于Matlab智能BP神经网络

齿轮箱故障诊断

学 院： 机电与信息工程学院

专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 孙志刚 学号： 20906071052 指导教师： 蒋宇 职称（学位）： 讲师 合作导师： 职称（学位）： 完成时间： 2013 年 5 月 21 日 成 绩：

黄山学院教务处制

学位论文原创性声明

兹呈交的学位论文，是本人在指导老师指导下独立完成的研究成果。本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在文中以明确方式标明。本人依法享有和承担由此论文而产生的权利和责任。

声明人（签名）：

年 月 日

目录

摘要................................................................ 1 英文摘要............................................................ 2 1 引言 ............................................................ 3

1.1 国内外发展现状与趋势 ....................................... 3 1.2 神经网络应用于齿轮故障诊断 ................................. 3 1.3 本文的主要研究内容 ......................................... 4 2 齿轮振动故障诊断基础............................................. 5

2.1 齿轮失效规律 ............................................... 5 2.2 齿轮故障主要原因 ........................................... 5 2.3 齿轮振动分析 ............................................... 6 2.3.1 齿轮振动分析 ............................................. 6 2.3.2 齿轮振动主要来源 ......................................... 7 3 神经网络结构及BP神经网络........................................ 9

3.1 神经元与网络结构 ........................................... 9 3.1.1 生物神经元与人工神经元 ................................... 9 3.2 BP神经网络及其原理........................ 错误！未定义书签。 3.3 BP网络的优点以及局限性.................................... 11 4 齿轮箱故障诊断实验.............................................. 12

4.1 实验系统的组成 ............................................ 12 4.1.1 实验台的组成 ............................................ 12 4.1.2 振动测试系统 ............................................ 13 4.2 齿轮故障诊断实验过程 ...................................... 13 4.2.1 齿轮故障类型选择 ........................................ 14 4.2.2 数据采集与处理 .......................................... 14 5 BP神经网络齿轮故障诊断 ......................................... 15

5.1 BP神经网络的建立.......................................... 15 5.2 神经网络训练和诊断 ........................................ 18 总结............................................................... 24 参考文献........................................................... 25

基于Matlab智能BP神经网络

齿轮箱故障诊断

机电与信息工程学院 机械设计制造及其自动化专业 孙志刚

（20906071052）指导教师：蒋宇（讲师）

摘要：本文是针对齿轮箱进行的神经网络故障诊断研究。齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，它的损伤和失效常常导致机械设备的故障，从而导致重大安全事故。因此，齿轮箱装置的状态监测与故障诊断受到了越来越多的关注和研究。本文简要介绍了齿轮振动机理和BP神经网络的原理与结构，并将神经网络应用于齿轮箱故障检测和诊断。利用matlab语言建立神经网络模型，通过对振动信号提取的特征向量对已建立的神经网络模型进行训练。利用训练好的BP神经网络模型对齿轮箱进行故障检测，取得了较好的效果。

关键词：BP神经网络；故障诊断；齿轮箱；特征向量

BP neural network intelligent gearbox fault

diagnosis Based on Matlab

Student's name: Sun Zhi Gang Director: Jiang YU

(School of Mechanical Electronic & Information Engineering，Huang Shan University，245041） Abstract: This article is aiming at study on neural network fault diagnosis of gearbox.Gear transmission is one of the most important drive of mechanical transmission.Mechanical damage and failure often result in equipment failure which lead to significant safety accident.Therefore，condition monitoring and fault diagnosis of gearbox gear have been more and more attention and research.This paper briefly introduce the mechanism of gear vibration and the principle and structure of the BP neural network, and neural network was applied to gearbox fault detection and diagnosis. The neural network model is established based on matlab language，and the feature vector which is extracted through the vibration signal is trained in the established neural network model.The trained BP neural network model is used to simulate the gear box fault detection，and good results have been achieved.

Keywords: BP neural network; fault diagnosis; gear box ;feature vector

1 引言

齿轮传动是机械设备中最重要的传动之一，形式多样应用广泛。与其他传动形式相比，齿轮传动具有以下特点：

⑴ 高效，在常用的机械传动中，齿轮传动效率最高； ⑵ 结构紧凑，在同样的使用条件下，齿轮所占空间一般较小；

⑶ 工作可靠、使用寿命长，设计制造正确合理且维护良好的齿轮传动，寿命可长达一二十年；⑷ 传动比稳定[12]。

而齿轮作为变速器内传递扭矩和传递动力的部件，在整个传动系统中起着重要用途。齿轮的运行状况直接影响到整个设备的运行状态。由于齿轮箱工作环境比较恶劣，故易出现故障，且齿轮、轴、轴承等其中的零部件加工工艺复杂，装配精度高，又常在高速、重载下连续工作，故障率较高，是引起机器故障的最重要原因的之一。因此故障诊断技术一出现就受到学者普遍关注的课题之一。

1.1 国内外发展现状与趋势

第二次世界大战期间由于各国军事力量的角逐促使了故障诊断技术的产生，但由于当时的计算机技术等水平的限制，则其发展比较缓慢。到十九世纪六十年代时，由于电子和计算机技术的迅猛发展，则为故障诊断技术研究提供了基础。然而快速傅里叶算法的产生推动信号处理分析向新的方向发展。从此齿轮故障诊断技术开始快速发展。故障诊断技术经过近半个世纪的发展，一些发达国家己经进入实用阶段。

我国首次接触故障诊断技术的概念是在1979年，而真正的起步是1983年，起步比较晚，但我国学者也取得了的一些成绩，如具有一定的世界影响的邓聚龙的灰色诊 …… 此处隐藏：3705字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……