基于参数优化VMD和改进LSSVM的道岔故障诊断方法

作者：王彦快; 孟佳东; 张玉^*; 杨建刚

来源：铁道科学与工程学报, 2023, 1-13.

DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231237

• 道岔
• 故障诊断
• 改进LSSVM
• 参数优化VMD
• 多特征融合

为解决道岔设备智能故障诊断中特征指标难以提取以及模型训练时间较长的问题，以ZDJ9型转辙机带动的道岔设备为研究对象，以转辙机功率曲线为数据基础，提出一种基于参数优化变分模态分解（Variational Mode Decomposition，VMD）和改进最小二乘支持向量机（Least Squares Support Vector Machines，LSSVM）的道岔故障诊断方法。首先，采用鲸鱼优化算法（Whale Optimization Algorithm，WOA）优化VMD参数，得到模态（Intrinsic Mode Functions，IMF）分量个数和惩罚因子的最优参数组合；其次，计算IMF分量与功率曲线的相关系数，优选相关性较大的前3阶IMF分量，并计算功率谱熵、模糊熵及包络熵值，建立多特征融合样本数据库；最后，针对麻雀搜索算法（Sparrow Search Algorithm，SSA）易陷入局部最优的问题，通过改进Tent混沌映射初始化策略随机生成种群，正余弦算法（Sine Cosine Algorithm，SCA）更新追随者的位置，并采用改进SSA优化LSSVM算法的惩罚因子和核函数方差，构建基于TSSSA-LSSVM的道岔故障诊断模型。实验结果表明：所提道岔故障诊断方法是可行的，采用多特征融合能够更加全面地提取道岔典型故障特征，反映道岔的真实运行状态，提高了故障诊断准确率，而且较TSSSA-SVM，PSO-LSSVM，GWO-LSSVM以及SSA-LSSVM等方法具有较高的故障诊断准确率、召回率以及较低的漏报率，减少了模型训练时间，完全满足现场道岔故障导向安全的原则，具有更好的故障诊断性能，对现场道岔设备的故障维修具有一定的指导意义。

• 单位
  兰州交通大学; 国网甘肃省电力公司电力科学研究院; 机电工程学院; 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司