Refined composite multiscale dynamic causality diagram: a novel time-series analysis approach and its application in fault diagnosis of rotating machinery

计算机科学 极限学习机 熵(时间箭头) 特征提取 稳健性(进化) 算法 人工智能 计算复杂性理论 模式识别(心理学) 人工神经网络 生物化学 化学 物理 量子力学 基因
作者
Wei Dong,Shuqing Zhang,Shanshan Song,Xiaowen Zhang,Xiang Wu
出处
期刊:Structural Health Monitoring-an International Journal [SAGE]
卷期号:23 (5): 2980-3006
标识
DOI:10.1177/14759217231215351
摘要

Entropy-based feature extraction methods have been widely used in the fault diagnosis of rotating machinery, but the entropy-based methods still have the defects of poor noise robustness, weak feature extraction, and low computational efficiency. To solve this problem, this article proposes a fault diagnosis method based on refined composite multiscale dynamic causal diagram (RCMSDCD) and local receptive field extreme learning machine (LRFELM). First, a novel feature extraction method, named dynamic causal diagram (DCD), is proposed to comprehensively quantify static and dynamic complexity. DCD is obtained by combining generalized inverse fractional order entropy with complexity–entropy causal plane. Then, combined with the coarse-graining process, DCD is extended to a multiscale analysis called RCMSDCD to complement the feature description at cross-time scales. Third, RCMSDCD features are input into LRFELM classifier for fault recognition of rotating machinery. The effectiveness of the proposed RCMSDCD-LRFELM method is verified by the Paderborn University bearing test and real wind turbine gear signals. The results show that this method has the highest classification accuracy of 100% with high computational efficiency, good stability, and strong generalization ability.

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