基于EMD降噪和谱峭度的轴承故障诊断方法

能否减小噪声干扰,提高信噪比,有效地提取故障信息是进行滚动轴承早期故障诊断的前提和关键。提出一种基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和谱峭度(spectral kurtosis,SK)的滚动轴承故障诊断方法。首先对所提取的故障信号运用EMD分解,得到多个基本模式分量(intrinsic mode function,IMF),然后根据互相关系数去除伪分量,选取合适的IMF分量进行信号重构以达到降噪目的,突出高频共振成分,再应用谱峭度法确定带通滤波器的参数,最后对重构信号进行包络分析完成故障诊断。     

基于独立分量分析的EMD模态混叠消除方法研究

针对经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)算法中存在的模态混叠现象,提出一种应用独立分量分析进行模态混叠消除的新方法.首先应用形态学滤波方法将信号中的噪声予以消除,减少由于噪声因素造成的模态混叠现象.然后将信号进行EMD分解,获得不同的IMF分量,将存在模态混叠成分的IMF分量进行相空间重构,利用基于峭度最大化的独立分量分解算法实现混叠成分的分离,仿真分析和工程应用的结果表明,所提方法能有效地消除EMD分解过程中的模态混叠现象.     

基于EMD和ANFIS的自适应噪声消除研究

对于混入色噪声的混合信号,如果可以通过测量得到产生色噪声的白噪声,对白噪声进行非线性训练即可逼近色噪声,达到非线性滤波的目的.自适应模糊推理系统(adaptive neuro-fuzzy unference system,ANFIS)可以实现上述非线性逼近.文中在上述算法的基础上,提出一种EMD(empirical mode decomposition)-ANFIS的自适应色噪声消除方法,首先对混合信号进行EMD分解,得到各个内禀模态函数分量(intrinsic mode function, IMF),然后对分解得到的内禀模态分量进行ANFIS模糊消噪,最后对消噪后的各个分量信号进行叠加.由于所得内禀模态函数为近似平稳信号,且图形越来越趋于平缓,减小了ANFIS方法的逼近难度.在混合信号信噪比为2.840 7 dB时,经过EMD-ANFIS消噪后的估计误差比只经过ANFIS消噪后的估计误差减少11.74 dB,证明EMD-ANFIS方法的有效性.     

APEEMD及其在转子碰摩故障诊断中的应用

总体平均经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)是抑制经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)模态混叠的有效方法,针对EEMD分解效果依赖于添加噪声的大小、筛分次数和总体平均次数等参数的选择及噪声残留大、分解不完备等问题,提出了自适应部分集成经验模态分解。该方法通过成对地向目标信号加入自适应噪声,并对每个内禀模态函数(intrinsic mode function,简称IMF)自动选择筛选次数,通过排列熵检测筛分出高频IMF,再对剩余信号进行EMD分解。将提出的方法应用于仿真和转子碰摩故障试验数据分析,结果表明提出的方法能够有效地应用于转子碰摩故障诊断,而且在分量的精确性、完备性和模态混叠的抑制等方面优于EEMD方法。     

基于形态奇异值分解和经验模态分解的滚动轴承故障特征提取方法

针对随机噪声和局部强干扰影响经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)质量的问题,提出一种形态奇异值分解滤波消噪方法,并将其与EMD相结合形成一种新的故障特征提取方法。该方法首先对原始振动信号进行相空间重构和奇异值分解(Singular value decomposition,SVD),根据奇异值分布曲线确定降噪阶次进行SVD降噪,再形态滤波,最后把消噪后的信号进行EMD分解,利用本征模模态分量(Intrinsic mode function,IMF)提取故障特征信息。对仿真信号和实际轴承故障数据的应用分析表明,该方法能有效地提取轴承故障特征,诊断轴承故障,还可以减少EMD的分解层数和边界效应,提高EMD分解的时效性和精确度。     

基于经验模分解的陀螺信号去噪

陀螺随机漂移是影响寻北精度的重要因素,小波消噪方法对小波基和分解尺度等因素依赖性较强。提出了一种新的基于功率谱密度准则的经验模态分解(EMD)去噪方法,可有效解决传统EMD去噪自适应滤波器截止阶数难以确定的难题,该方法将经验模态分解得到的固有模态函数(IMF)分为信号分量起主导作用模态与噪声分量起主导作用模态,并对噪声分量起主导作用的模态进行类似小波软阈值去噪的方法进行滤波,然后与信号分量起主导作用的模态共同对信号重建实现去噪。将该方法应用于测试信号与陀螺信号的去噪,结果表明:新方法能有效地判断噪声与信号起主导作用的模态分界点,具有良好的去噪效果,且不受主观参数的影响,具有自适应性。     

CEEMD和小波半软阈值相结合的滚动轴承降噪

针对滚动轴承振动信号降噪处理时如何保证信号边缘信息完整性的问题,提出将互补集合经验模态分解(complementary ensemble empirical mode decomposition,简称CEEMD)与小波半软阈值相结合的信号降噪方法,对滚动轴承故障高频振动信号进行降噪处理。首先,采用CEEMD方法对故障振动信号进行分解,针对信号特点自适应获取不同频段模态分量;其次,将对包含噪声污染的高频信号模态分量进行相关性分析,得到含噪成分较高的高频模态分量,进一步采用小波半软阈值进行降噪处理;最后,将降噪后的模态分量同残余分量进行信号重构,完成降噪过程。分析结果表明,相对于传统小波阈值降噪和CEEMD强制降噪方法,提出的方法能够有效去除高频信号的噪声,且最大程度地保证了原始信号的完整性,降噪效果更好。     

基于EMD与同态滤波解调的矿用齿轮箱故障诊断

针对矿用齿轮箱振动信号的特点,提出了一种基于经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)与同态滤波相结合的故障解调方法.利用EMD对某矿用皮带机齿轮箱故障信号进行分解,得到若干个本征模态函数(intrinsic mode functions,简称IMFs)分量,然后对其中较突出的IMFs进行同态滤波解调分析,提取出了频率为7.0Hz的调制故障信号.研究表明,EMD与同态滤波解调相结合是一种有效的齿轮箱故障诊断方法.     

经验模态分解中虚假模态分量消除法

基于能量原理,提出经验模态分解(EMD)中虚假模态分量消除方法.在正常采样的条件下,分析信号EMD分解误差与虚假模态分量的关系,讨论虚假模态分量的性质.从EMD分解的完备性角度考虑在虚假模态存在情况下能量不守恒,给出模态函数消除法,从EMD分解结果中剔出虚假模态分量,消除信号经验模态分解误差.其有效性在所给例子中得到证实.     

基于广义形态滤波和相关系数的Hilbert-Huang变换方法

针对Hilbert-Huang变换(HHT)中噪声引起的模态裂解和虚假模态问题,应用广义形态滤波降噪法和相关系数法改进了HHT.该方法首先将广义形态滤波器作为经验模态分解(EMD)的预处理,抑制噪声干扰;然后利用相关系数法去除虚假固有模态函数(IMF);最后对真实的IMF进行Hilbert谱分析,得到改进的HHT.利用...     

基于经验模态分解的改进乘性噪声去除方法

乘性噪声往往由不理想的(时变的或非线性的)信道引起,它与信号是相乘的关系,因此难以消除。在乘性噪声消除应用背景下,引入同态变换去除噪声与信号的相倚性,将乘性噪声转化为加性噪声,并应用经验模态分解技术进一步研究受均匀分布白噪声污染的谐波信号及其同态变型的能量分布特性,据此建立起适用于乘性噪声去除的本征模函数幅值滤波新阈值准则。从而,形成基于经验模态分解的改进乘性噪声去除方法。结果表明,采用柔性阈值的改进算法对乘性噪声的去除效果最佳。而且,基于二阶多项式回归分析所构建的本征模函数幅值滤波阈值准则已经可以获得较高的源信号重建精度,过高的多项式阶次会导致本征模函数幅值滤波阈值与其实际噪声能量水平的失配,从而显著地降低算法的去噪性能。     

基于模糊滑模控制和两级滤波滑模观测器的PMSM改进控制策略

针对传统带有滑模观测器的永磁同步电机控制系统中转矩脉动大、抖振明显、反电动势估计精度差等问题,提出基于模糊滑模控制和两级滤波滑模观测器的PMSM改进控制策略.首先,在速度环提出基于双曲正弦函数的新型趋近率,结合模糊控制思想对趋近率参数实现自整定,设计了一种基于新型趋近率的模糊积分滑模速度环控制器,并且对新型趋近率的抖振抑制效果给出严格分析.其次,提出基于变截止频率低通滤波器和修正反电动势观测器的两级滤波结构,抑制反电动势中的高频分量和测量噪声,并对转子位置进行合理补偿,继而设计了两级滤波滑模观测器;通过Lyapunov判据对本文提出控制策略的稳定性进行了推导证明.仿真和实验结果表明,与传统滑模观测器相比,改进的控制器使电机在启动和受到外部扰动时系统响应良好,有效改善了转矩脉动、抖振、反电动势的估计精度等问题.     

基于经验模式分解和谱峭度的滚动轴承故障诊断

滚动轴承的振动信号是强背景噪声下的非平稳非线性信号,其特征提取是滚动轴承故障诊断的难点。为了提高滚动轴承的故障诊断效果,提出了基于经验模式分解(Empirical Mode Decomposi-tion,EMD)和谱峭度(Spectrum Kurtosis,SK)的滚动轴承故障诊断方法。首先利用EMD方法对轴承故障信号进行分解,剔除趋势项,利用归一化白噪声分量的统计特性来滤除信号中的噪声分量,然后利用谱峭度方法估计带通滤波器的中心频率和带宽,最后对剩余的信号执行带通滤波和包络解调进行故障诊断。对滚动轴承故障诊断的结果表明,本文提出的方法能够有效地提高轴承故障诊断的效果。     

Active control of low-frequency noise in bubbly water-filled pipes

This paper describes an active silencer system for low-frequency noise in water-filled pipes, with implementation in marine vessels and structures in mind. Active noise control in underwater environment has its unique challenges arising from bubbles. In this light the effect of bubbles on active noise control in water-filled pipes is explored, and a design guideline for a robust active silencer is proposed. The silencer consists of an underwater sound source, an error hydrophone, and an electronic controller programmed with an adaptive filter. The adaptive filter is updated using the filtered-x least mean square algorithm. Estimation of the incoming noise is performed using an adaptive notch filter. The performance of the active silencer is tested for pure tone noises below 500 Hz in a water-filled pipe connected to a reservoir. Notable reduction of noise is achieved with varying degrees of success at different bubble fractions.

     

Fuzzy sliding mode observer with dual SOGI-FLL in sensorless control of PMSM drives

To improve the performance of permanent-magnet synchronous motor (PMSM) drives, a sensorless control scheme based on a sliding mode observer (SMO) with a fuzzy logic controller (FLC) and a dual second-order generalized integrator-frequency locked loop (DSOGI-FLL) is proposed in this paper. The major drawbacks of the conventional SMO, namely chattering phenomena, high-order harmonics and external noise, are discussed. These drawbacks affect the estimated accuracy of the SMO and reduce the control reliability of the system. To eliminate these drawbacks, an FLC is designed and integrated into the SMO to adjust the observer gain in a self-adaptive manner and to reduce the chattering; an existing dual synchronous frequency extract filter-phase locked loop (DSFF-PLL) is used to filter out the main components of high-order harmonics and to calculate the rotor position and speed precisely. Furthermore, to obtain an accurate fundamental frequency for the phase locked loop (PLL) and filter out the remaining harmonics and external noise signals, DSOGI-FLL processing is developed and incorporated into the DSFF-PLL. An overall PMSM sensorless control system based on the proposed SMO is designed, and an experimental platform using the TMS320F28335 DSP controller is built. Comparative experiments using the proposed SMO and the conventional SMO are performed to validate the effectiveness of the proposed FLC and the DSFF-DSOGI-FLL-PLL structures. Performance experiments of the overall proposed SMO-based sensorless control scheme are performed to verify the robustness and control reliability of the system. The results show that the proposed SMO has satisfactory performances and can be used in practical engineering.     

随机共振降噪下的齿轮微弱故障特征提取

针对强背景噪声下的齿轮微弱故障特征提取问题,提出了一种将级联单稳随机共振与经验模式分解(EMD)-Teager能量算子解调方法相结合的特征提取方法。首先对含噪故障信号进行随机共振输出,降噪后再进行经验模式分解,分解得到具有不同特征时间尺度的固有模态函数(IMFs),最后通过Teager能量算子解调方法求取每个有效IMF分量的幅频信息,从而提取齿轮微弱故障特征。仿真分析和实际测试结果均表明,通过随机共振降噪后,该方法能有效检测出齿轮局部损伤故障特征频率。     

经验模态分解滤波器组特性及轴承异音识别

利用经验模态分解滤波器组特性可调整性,结合短时傅里叶变换(STFT)技术识别轴承异音。在研究高斯随机噪声经验模态分解(EMD)的基础上,运用数值方法证实EMD滤波器组特性随判别参数SD改变,指出类似于二进制小波滤波器组特性只是一种特殊条件下的分解现象。根据轴承振动加速度的广谱性质,利用参数SD对EMD滤波器组特性可调性,对滚动轴承振动加速度信号按异音测量要求进行EMD自动频段分解。对前3阶本征模态进行STFT变换,用三维图刻画轴承振动的幅值大小、频率大小、周期和随机分布冲击特性,设定阈值,在时频域上刻画轴承的异音。该方法揭示了轴承异音分布模式,能通过异音识别控制轴承加工质量。     

基于Hilbert-Huang变换与理想带通滤波器的系统识别

针对经验模态分解存在模态混叠现象,提出基于Hilbert-Huang变换与理想带通滤波器的系统识别方法。该方法利用傅里叶变换得到结构加速度响应频响函数,粗略估计固有频率范围,通过半功率带宽法设计理想带通滤波器,定量化确定通带带宽,使信号在经过滤波器后频域内零相移,同时不改变其幅值谱。结构响应通过指定频带的理想带通滤波器产生若干窄带信号,利用经验模态分解获取结构模态响应,经Hilbert变换构造模态响应解析信号,并通过线性最小二乘拟合提取结构模态参数与物理参数。结果表明:半功率带宽法可实现带通滤波器频带的定量化设计,理想带通滤波器的零相移特点较好契合Hilbert-Huang变换用于系统识别的要求,两者结合可有效地解决模态混叠现象,减少虚假模态,大大提高结构系统识别精度。     

Active sound quality control of engine induced cavity noise

Active control solutions appear to be a feasible approach to cope with the steadily increasing requirements for noise reduction in the transportation industry. Active controllers tend to be designed with a target on the sound pressure level reduction. However, the perceived control efficiency for the occupants can be more accurately assessed if psychoacoustic metrics can be taken into account. Therefore, this paper aims to evaluate, numerically and experimentally, the effect of a feedback controller on the sound quality of a vehicle mockup excited with engine noise. The proposed simulation scheme is described and experimentally validated. The engine excitation is provided by a sound quality equivalent engine simulator, running on a real-time platform that delivers harmonic excitation in function of the driving condition. The controller performance is evaluated in terms of specific loudness and roughness. It is shown that the use of a quite simple control strategy, such as a velocity feedback, can result in satisfactory loudness reduction with slightly spread roughness, improving the overall perception of the engine sound.