基本信息
- 项目名称：
- 基于人工免疫系统的滚动轴承故障
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文正文主要分为五大部分，第一部分主要对各种常见故障进行分类，探讨其产生的原因和对振动波的影响；第二部分根据故障振动发生机理研究如何有效提取特征向量；第三部分研究人工免疫系统的各种免疫机制及其对应算法，对算法进行分析；第四部分设计出符合实际应用的人工免疫算法并根据算法编写出MATLAB程序；第五部分对算法的可行性及实用性进行评估
- 详细介绍：
- 滚动轴承是机电设备中工作条件最为恶劣的部件，在机电设备中起着承受载荷和传递载荷的作用，其运行状态是否正常直接影响到整台机器的性能。本文根据免疫系统机理，在已有研究成果的基础上，对人工免疫系统中的克隆选择机制进行改进，提出了基于人工免疫系统的滚动轴承故障诊断算法。 本设计从两方面着手，滚动轴承振动信号特征向量的提取和运用人工免疫算法对提取好的特征向量进行检测诊断滚动轴承的故障类型，前者是基本辅助手段，后者是设计的主要内容和关键。 本设计旨在运用人工免疫算法对提取好的特征向量进行检测诊断滚动轴承的故障类型。为此必须深入研究人工免疫系统的相关知识。了解并熟悉人体免疫系统的免疫机制、工作过程，着重研究特异性免疫的发生、作用原理。在此过程中研究了人工免疫系统的多个选择算法通过对比其优缺点，确定使用克隆选择算法对滚动轴承进行故障诊断。最后设计出基于免疫算法故障诊断程序，经仿真证实所设计算法速度快，诊断正确率高，可靠实用。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本设计旨在运用人工免疫算法对提取好的特征向量进行检测诊断滚动轴承的故障类型。为此必须深入研究人工免疫系统的相关知识。了解并熟悉人体免疫系统的免疫机制、工作过程，着重研究特异性免疫的发生、作用原理。在此过程中研究了人工免疫系统的多个选择算法通过对比其优缺点，确定使用克隆选择算法对滚动轴承进行故障诊断。最后设计出基于免疫算法故障诊断程序，经仿真证实所设计算法速度快，诊断正确率高，可靠实用。
科学性、先进性及独特之处
- 算法速度快，且灵敏度可调；准确度高；程序依基本免疫算法开发，灵活易于改造，适用性较强；在使用过程中仍可继续学习，适应性强。
应用价值和现实意义
- 本作品攻克了轴承运行监测与故障诊断的技术难点的同时使对滚动轴承故障诊断更加可靠及迅速。使设备运行更加可靠，对生产的能力和质量都有提高作用，并直接杜绝了轴承不适时更换所造成的浪费，在安全生产、高质量生产方面意义非凡并具备很高的经济价值。
学术论文摘要
- 滚动轴承是机电设备中工作条件最为恶劣的部件，在机电设备中起着承受载荷和传递载荷的作用，其运行状态是否正常直接影响到整台机器的性能。本文根据免疫系统机理，在已有研究成果的基础上，对人工免疫系统中的克隆选择机制进行改进，提出了基于人工免疫系统的滚动轴承故障诊断算法。 本作品从两方面着手，滚动轴承振动信号特征向量的提取和运用人工免疫算法对提取好的特征向量进行检测诊断滚动轴承的故障类型，前者是基本辅助手段，后者是设计的主要内容和关键。 本作品旨在运用人工免疫算法对提取好的特征向量进行检测诊断滚动轴承的故障类型。为此必须深入研究人工免疫系统的相关知识。了解并熟悉人体免疫系统的免疫机制、工作过程，着重研究特异性免疫的发生、作用原理。在此过程中研究了人工免疫系统的多个选择算法通过对比其优缺点，确定使用克隆选择算法对滚动轴承进行故障诊断。最后设计出基于免疫算法故障诊断程序，经仿真证实所设计算法速度快，诊断正确率高，可靠实用。
获奖情况
- 尚无
鉴定结果
- 尚无
参考文献
- [1][希腊]Sergios Theodoridis等著,李晶皎等译.模式识别[M].北京:电子工业出版社，2004.8 [2]刘冰.人工免疫算法及其应用研究[D].硕士.2004 [3]王辉,王科俊,莫宏伟,于立君.人工免疫系统及其在控制系统中的应用研究[J].哈尔滨:哈尔滨工程大学学报，2006.27（z1） [4]蔡凌洪.人工免疫系统在电子政务安全中的应用研究[D].硕士.2005 [5]熊家晴,严涛,王晓昌.城市水环境系统的免疫机制及其概念模型[J].西安:西安建筑科技大学学报（自然科学版） 2006(6) [6]于习晓,杨孔雨.免疫算法及其应用研究进展[J].哈尔滨:哈尔滨工程大学学报，2006(z1) [7]武亚丽，段富.免疫算法在物流车辆优化调度中的应用[J].太原:微计算机信息，2007(27) [8]郑日荣,毛宗源,罗欣贤.基于欧氏距离和精英交叉的免疫算法研究[J].广州:控制与决策 2005(2) [9]郭晶,孙伟娟.小波分析理论与MATLAB7实现[M].北京:电子工业出版社，2006 [10]刘国联,谭冠政,何燕.基于改进人工免疫算法的PID参数优化研究[J].广东:计算机工程与应用 2008(19)
同类课题研究水平概述
- 目前，适用于滚动轴承故障诊断的方法代表性的方法包括：振动诊断法、声学诊断法、温度诊断法、油样分析法、油膜电阻检测法等。其中，诊断诊断法由于高效率、灵活易用、成本集约等特点而在工程中被广泛使用。在振动信号的分析处理方面，除了经典的统计分析、时频域分析、时序模型分析、参数辨识外，近来又发展了频率细化技术、倒频谱分析、共振解调分析人工免疫系统等。 早期的人工免疫系统都是以多学科合作的方法开发的，关注所抽取启发的免疫学理论。近些年，人工免疫系统在形式上越来越多样，在应用范围上越来越广泛，它们的设计方式已经与早期研究有很大差别。但是在理论上没有突破，与生物学即免疫系统机制和免疫学理论渐行渐远，设计都是面向工程，而较少深入理解关键的免疫系统生物学性质上进行开发设计。借助隐喻开展研究和设计是当前多数人工免疫系统的基本特征。免疫系统性能启发科学家在不同的领域应用免疫原理解决具体问题。人工免疫系统应用可分为两大类：面向工程的应用和面向医学的应用。面向工程的应用是指利用免疫学理论和免疫系统机制解决不同技术领域的问题。由于免疫系统的复杂性，这类应用通常模拟特异的免疫系统机制，忽略其中的诸多细节。其中众多的人工免疫系统开发与应用都试图实现免疫系统对病毒等病原体的识别和抵御机制。在各类人工甚至自然系统中实现对异常现象的自动发现，及时处理。典型的有计算机安全、基于免疫原理的工业设备的故障诊断、故障检测、故障耐受等。这些应用所利用的免疫学机制，包括阴性选择机制、克隆选择机制、免疫网络理论等也逐渐得到重视和应用。 免疫故障检测最早可追溯到20世纪90年代初，有研究人员利用免疫网络概念定义传感器数据之间的关系，将传感器隐喻为免疫网络细胞，基于免疫网络的刺激和抑制原理定义传感器连接组件之间的关系，模拟免疫网络原理构成传感器系统。传感器可以动态评价与其连接的其它传感器。这个最早的免疫故障检测模型应用到水泥厂的故障自动诊断，结果表明模型可以提供故障传感器的准确信息。这些免疫故障诊断研究是基于仿真数据评估的，但目的是研究这些理论在工业领域的应用价值 基于以上研究成果可以肯定，人工免疫系统为基于模型的故障检测提供了一个可行的实现途径，为故障诊断领域提供了新思想、新方法和新技术。
