基于最优 IMF 分量和 K-SVD 的滚动轴承故障声音信号特征提取

针对滚动轴承声音信号中周期性冲击故障特征难提取的问题,提出了基于最优 IMF 分量与 K-SVD 字典学习相结合的轴承故障特征提取方法。首先,利用 VMD 分解原始信号获得一系列 IMF 分量;其次,利用 SAF 指标自适应选取最优 IMF 分量,并作为训练信号;最后,利用 K-SVD 字典学习方法训练出字典库,通过正交匹配追踪算法( OMP )对原始信号处理得到稀疏信号,并对稀疏信号进行包络谱分析。仿真及实验结果表明,对比传统 K-SVD 字典学习方法,该方法得到的稀疏信号信噪比( SNR )更高,能更准确地提取滚动轴承周期性冲击,增强了轴承故障特征。     

基于共振稀疏分解的滚动轴承早期微弱故障诊断

传统方法很难对滚动轴承的早期微弱故障进行有效诊断.共振稀疏分解是一种基于多字典库的稀疏分解方法,可以同时分解出滚动轴承故障信号中的瞬态冲击成分及其持续震荡成分(工频及其谐频成分).该方法在对滚动轴承早期微弱故障信号进行自适应滤波降噪(采用Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD方法)基础上,对处理后的信号进行共振稀疏分解分析,分别构建高、低品质因子小波基函数字典库,并利用形态学分析方法建立信号稀疏表示的目标函数,进而实现对滚动轴承发生故障时具有低品质因子的瞬态故障成分及其他持续振荡高品质因子噪声成分的成功分离.对分离得到的低品质因子信号成分进行包络解调分析,进而得到较好的故障提取特征结果.通过实验验证了所述方法的有效性.     

改进的共振稀疏分解方法及其在滚动轴承复合故障诊断中的应用

滚动轴承复合故障信号中各故障特征受到传输路径和其他干扰源的影响,在多缺陷共存条件下提取单个缺陷诱发的故障特征存在困难。提出一种基于双参数优化、子带重构改进的共振稀疏分解(RSSD)滚动轴承复合故障诊断方法：首先利用人工鱼群算法自适应选择RSSD的品质因子和分解层数以构造与故障特征匹配的最优小波基,获得包含瞬态冲击的低共振分量;然后依据提出的子带筛选准则选择并重构低共振分量中包含瞬态冲击成分的最佳子带;最后通过多点最优最小熵反卷积（MOMEDA）方法识别并提取重构信号中周期性故障冲击。仿真信号和轴承全寿命周期复合故障信号分析结果表明,与RSSD-MCKD方法相比,所提出方法能有效提取复合故障信号中各故障特征,精确实现轴承复合故障诊断。     

盲解卷积和频域压缩感知在轴承复合故障声学诊断的应用

针对时域盲解卷积算法对单一故障机械声信号有效,及传统稀疏分量分析对声信号分析失效等问题,提出一种盲解卷积、形态滤波和频域压缩感知重构的稀疏分量分析相结合的轴承复合故障声学诊断方法。通过时域盲解卷积算法优选分量结果,提取声信号的冲击成分。使用形态滤波滤除背景噪声。使用模糊C均值聚类估计混合矩阵,重构传感矩阵,并运用稀疏度自适应匹配追踪基算法(Sparsity adaptive matching pursuit,SAMP)的频域压缩感知重构分离信号。双通道滚动轴承故障声信号分析结果表明该方法能够有效分离和提取滚动轴承故障特征。     

滚动轴承自适应特征提取的包络谱多点峭度多级降噪方法

滚动轴承故障信号主要包含高品质因子振动分量和低品质因子瞬态冲击分量。采用多点最优最小熵解卷积方法初步削弱传输路径等干扰影响,使微弱瞬态冲击成分得到初步增强,然后针对共振稀疏分解(RSSD)方法存在的品质因子选择困难问题,同时考虑包络谱中故障频率成分的严格周期性,提出包络谱多点峭度(ESMK)概念并将其作为优化指标,采用粒子群优化算法(PSO)对品质因子进行选择,得到一种自适应稀疏分解方法（PSO-RSSD）用于瞬态冲击信号的提取,以消除信号中高幅值干扰冲击和背景噪声的影响。轴承仿真与实测信号分析结果表明,与最小熵解卷积信号共振稀疏分解方法相比,在强冲击干扰下ESMK能够有效度量周期性瞬态冲击,PSO-RSSD方法能自适应分离最优低品质共振分量,验证了该方法的有效性和优越性。     

基于LMD和MCKD的滚动轴承早期故障诊断

滚动轴承故障产生的初期,信号中的冲击成分受到严重的噪声干扰,导致故障信号的周期特征难以提取。针对这一问题,提出基于局部均值分解(LMD)算法和最大相关峭度反褶积(MCKD)算法结合的滚动轴承早期故障诊断方法。首先应用LMD算法对轴承早期故障信号进行自适应分解,选取与原始信号相关系数较大的乘积函数(PF)分量进行重构;然后应用MCKD算法对重构信号进行降噪,突出周期冲击成分;最后对消噪后的信号进行Hilbert包络处理,从包络谱中即可准确地获取故障特征频率。通过对仿真信号和内圈故障实验信号的分析,证明了该方法的有效性。     

自适应分块前向后向分段正交匹配追踪在重构滚动轴承故障信号中应用

针对滚动轴承故障信号分块压缩感知过程中,因分块之间的稀疏度差异较大以及重构支撑集构造不合理,致使信号重构精度较低,影响信号整体重构效果的问题,提出基于自适应分块前向后向分段正交匹配追踪算法(Adaptive block forward and backward stagewise orthogonal matching pursuit,Adaptive Block-FBStOMP)。首先,依据短时自相关算法确定滚动轴承故障信号自适应分块长度,并根据此长度对信号进行自适应分块;其次,利用K奇异值分解(K-singular value decomposition, K-SVD算法训练稀疏字典;最后,提出FBSt OMP算法,在重构过程中增加原子回溯和二次筛选过程,提高有效支撑集原子被全部选入支撑集中的可能性,改善重构效果。通过仿真信号和故障信号试验分析可知,与传统压缩感知重构算法相比,该算法能够有效提升滚动轴承故障信号的重构精度。     

基于稀疏性非负矩阵分解的滚动轴承复合故障诊断

将时频图像非负矩阵分解算法加以改进,提出时频图像稀疏性非负矩阵分解(SNMF)算法,并将其用于滚动轴承复合故障诊断.滚动轴承复合故障信号的双谱时频图中蕴含了丰富的故障信息,对双谱进行稀疏性非负矩阵分解分析,提取时频图的稀疏系数矩阵,将其分别作为训练及测试特征向量输入到支持向量数据描述(SVDD)算法,进而实现滚动轴承的3类复合故障类型(内圈外圈复合故障、滚动体外圈复合故障及外圈内圈滚动体复合故障)的正确分类.     

改进辛几何模态分解的滚动轴承故障特征提取

针对滚动轴承故障冲击信号难以提取的问题,提出了一种改进辛几何模态分解（Improved Symplectic Geometry Modal Decomposition,ISGMD）滚动轴承故障特征提取方法。首先将振动信号进行辛几何模态分解,然后,利用k均值聚类的方法对分解得到的辛几何分量进行聚类,通过包络谱稀疏度指标筛选出故障特征明显的聚类辛几何分量（Cluster Symplectic Geometry Component,CSGC）并进行重构,对重构分量进行包络解调,提取出故障特征。将该方法运用到轴承故障仿真和实验信号,结果表明,这里提出的方法能够有效提取出滚动轴承故障特征。     

可变负载的准零刚度隔振器特性

针对风机滚动轴承微弱故障信号所具有的非线性和非平稳特征及易被强背景噪声掩盖的特点，提出了一种变分模态分解(variational modal decomposition, 简称VMD)和最大相关峭度解卷积(maximum correlated kurtosis deconvolution, 简称MCKD)相结合的滚动轴承微弱故障诊断方法。为实现VMD和MCKD的参数自适应选择，采用粒子群优化算法(particle swarm optimization, 简称PSO)，对两种算法中的参数进行优化。首先，利用PSO优化VMD算法中的α和K，再基于VMD对微弱故障信号分解后的结果，选取最优模态分量；其次，利用PSO优化MCKD算法中的L和T，再基于MCKD算法加强最优分量信号中的故障冲击成分；最后，通过包络谱提取出轴承微弱故障特征。仿真和试验均表明，此方法能够自适应增强轴承微弱故障中的冲击成分，有效提取出被强噪声淹没的轴承微弱故障特征。     

基于PSO-VMD-MCKD方法的风机轴承微弱故障诊断

针对风机滚动轴承微弱故障信号所具有的非线性和非平稳特征及易被强背景噪声掩盖的特点,提出了一种变分模态分解(variational modal decomposition,简称VMD)和最大相关峭度解卷积(maximum correlated kurtosis deconvolution,简称MCKD)相结合的滚动轴承微弱故障诊断方法。为实现VMD和MCKD的参数自适应选择,采用粒子群优化算法(particle swarm optimization,简称PSO),对两种算法中的参数进行优化。首先,利用PSO优化VMD算法中的α和K,再基于VMD对微弱故障信号分解后的结果,选取最优模态分量;其次,利用PSO优化MCKD算法中的L和T,再基于MCKD算法加强最优分量信号中的故障冲击成分;最后,通过包络谱提取出轴承微弱故障特征。仿真和试验均表明,此方法能够自适应增强轴承微弱故障中的冲击成分,有效提取出被强噪声淹没的轴承微弱故障特征。     

基于信号特征的复合字典多原子匹配算法研究

在经典匹配追踪算法的基础上,提出基于信号特征的复合字典多原子匹配的改进算法,并应用于轴承故障诊断领域。针对滚动轴承损伤性故障振动信号特点,构造高频段冲击时频特征原子库与低频段Fourier特征原子库相结合的复合字典。研究复合字典多原子匹配的稀疏分解及重构算法以用于提取故障特征,并在重构算法中引入阈值降噪原理。滚动轴承故障试验信号和工程信号分析结果证明,在冲击性故障特征提取效果上,基于信号特征的复合字典多原子匹配优于单原子匹配,并且硬阈值降噪处理效果优于无阈值处理效果。     

基于JSO-VMD的滚动轴承故障特征提取方法

滚动轴承发生故障时,其机械振动信号包含复杂的信息成分,影响故障信号的提取,导致故障识别困难.文中提出一种基于水母优化算法(JSO)与变分模态分解(VMD)结合的滚动轴承故障特征提取方法.应用JSO对VMD算法中固有模态函数(IMF)的个数k以及惩罚因子α作自适应优化处理.运用JSO-VMD算法对原始振动信号进行分解,得...     

基于S变换与奇异值中值分解的滚动轴承故障诊断

为了有效地提取出滚动轴承故障信号的冲击特征,提出了一种基于S变换时频谱和奇异值中值分解(SVMD)算法的滚动轴承故障诊断方法。首先,利用S变换对滚动轴承原始振动信号进行了时频变换,得到了其时频系数矩阵,通过SVMD对时频系数矩阵进行了计算,筛选出合适的奇异值用以降噪;然后,通过仿真的方式,对结果进行了S逆变换,以获得信号的时域冲击特征;最后,以滚动轴承(型号N205)外圈、滚动体故障为例,进行了故障信号冲击特征提取实验,通过对轴承的外圈和滚动体故障数据分析处理,对基于ST-SVMD算法的有效性进行了验证。研究结果表明：通过采用基于ST-SVMD算法,得到了滚动轴承外圈的故障频率,该频率与该型号轴承特征频率基本一致;基于ST-SVMD算法,得到了滚动轴承滚动体的故障频率,该频率与该型号轴承特征频率基本一致;该结果证明,基于ST-SVMD算法在滚动轴承故障信号冲击特征的提取方面是有效的。     

并联双重Q因子在齿轮箱复合故障净化提取与盲分离中的应用

基于Q因子的稀疏分解是信号的一种自适应稀疏化表达方法。针对强噪声环境下齿轮箱非平稳复合故障信号难于提取与分离的问题,提出基于并联双重Q因子的快速独立分析方法。首先通过基于并联双重Q因子的小波变换分析方法对单通道故障信号进行降噪和升维处理,根据不同的低Q因子值得到多组低共振的冲击成分,组成多维信号,实现信号升维,然后应用快速独立分析方法进行盲分离。仿真信号数据分析结果及滚动轴承复合故障的实验数据分析结果均表明了该方法的可行性和有效性,为强噪声环境下的复合机械故障信号分离与提取提供了一种新的思路。     

基于CEEMDAN-DRT的滚动轴承故障诊断方法研究

针对滚动轴承故障信息不易提取的特性,提出了完全集合经验模态分解(CEEMDAN)自适应消噪和共振解调技术(DRT)相结合的故障诊断方法。首先,利用CEEMDAN自适应地将信号分解成多个分量,通过互相关系数方法进行重构以达到消噪的目的;然后,对重构的信号进行谱峭度分析,得到冲击成分所在的频带,并据此设计带通滤波器对重构信号进行滤波处理;最后,对滤波后的信号进行Hilbert包络谱分析,提取冲击成分的频率,并与滚动轴承故障特征频率对比,进行故障模式识别。通过动力学仿真和滚动轴承实验对该方法进行了有效性论证。结果表明,该方法可以有效识别滚动轴承的故障信息。     

基于形态分量分析的希尔伯特变换在滚动轴承故障诊断中的应用

形态分量分析是一种基于信号形态多样性和信号稀疏表示的信号处理方法。滚动轴承故障信号具有振幅呈指数衰减与环境噪声大的特点。通过构建一个对冲击信号敏感的字典,利用形态分量分析对轴承故障信号的时域形态特征进行最优化稀疏表示,得到滚动轴承冲击信号。并对形态分量分析后的冲击信号进行希尔伯特变换,得到明确的故障特征频率及其倍频。仿真分析与实验结果表明：该方法具有良好的降噪功能,能够准确地提取滚动轴承故障信号中的早期冲击特征。     

自适应MCKD和ALIF的滚动轴承早期故障诊断

针对滚动轴承故障信号冲击成分能量往往较低,故障特征频率难以提取以及最大相关峭度反褶积（Maximum Correlation Kurtosis Deconvolution,MCKD）降噪效果受限于滤波器L和位移数M等问题,提出了一种自适应最大相关峭度反褶积和自适应局部迭代滤波（Adaptive Local Iterative Filter,ALIF）的滚动轴承故障特征提取方法。以排列熵为标准,应用步长搜寻法确定最佳的MCKD滤波器的长度和位移数,对采集的振动信号进行降噪预处理,突出被噪声所淹没的故障冲击;然后应用ALIF算法对降噪后的信号自适应分解为一组固有模态函数（IMF）分量,利用最大峭度准则选取包含故障信息量最大的分量,即敏感分量;最后对敏感分量进行包络谱分析,提取故障特征频率。仿真和试验分析结果证明了该方法的有效性和准确性。     

全矢谱和稀疏分解结合的轴承故障特征提取

针对滚动轴承在故障早期特征信号微弱、故障特征提取困难以及单通道分析方法信息利用不充分等问题,提出了一种基于稀疏分解与全矢谱相结合的滚动轴承早期微弱故障特征提取方法。首先,在已构造的冗余字典基础上对滚动轴承同源双通道早期故障信号分别进行稀疏分解,得到各自的稀疏信号;然后,将同源双通道稀疏信号进行全矢信息融合;最后,对融合后的信号进行包络解调分析,以提取出故障特征频率。该方法将全矢谱拓展到早期微弱故障诊断领域,并通过实验验证了其在早期微弱故障特征提取方面的有效性。     

基于小波降噪与RSSD的滚动轴承故障特征提取技术研究

滚动轴承故障振动信号呈现出非线性、非平稳性及噪声背景较强等特点,为了有效提取故障特征,提出了一种小波降噪与共振稀疏分解(Resonance-based sparse signal decomposition,RSSD)相结合的振动信号特征提取技术。共振稀疏分解是基于品质因子可调小波变换与形态分量分析的一种新的信号分解方法,与常规的基于频带划分的信号分解方法不同,它依据信号各分量的振荡形态不同对信号进行分解。先通过小波阈值降噪方法明显减小信号中的噪声,随后对降噪后的信号进行共振稀疏分解,将信号分为不同共振特性的分量,即具有持续振荡特性的高共振分量和具有瞬态冲击特性的低共振分量。最后通过对分解所得到的低共振分量采用Hilbert包络解调方法提取冲击故障特征。将该方法分别应用于仿真信号和轴承实验台故障冲击性实例,验证了该方法的有效性。