机车故障诊断的局域均值分解解调方法

为了有效地识别机车走行部的早期故障,提高我国重载机车的运输能力,提出了一种针对机车故障振动信号的局域均值分解(LMD)解调诊断方法.LMD能够将多分量的调制信号自适应地分解成一系列乘积函数分量,分解与解调过程可同步完成.与Hilbert-Huang变换相比,LMD方法不需要通过Hilbert变换求解瞬时频率,从而避免了Hilbert变换加窗效应所带来的解调误差.由于不受Bedrosian和Nuttall定理的限制,不会出现负频率现象,通过滑动平均方法得到信号的局域均值和包络,因此不存在过包络、欠包络和断点效应.通过对实际机车走行部轴承和齿轮振动信号的分析,成功地提取了故障特征,与经验模式分解进行比较的结果说明,采用LMD方法提取尽可能多的有意义的调制分量,不仅避免了Hilbert变换加窗效应所带来的解调误差,而且更适合于多分量调制信号的处理.     

VMD的时频特性及其在滚动轴承故障诊断中的应用

针对在强噪声干扰下的滚动轴承早期故障振动信号信噪比低导致故障特征提取困难的问题,提出了基于变分模态分解和Teager能量算子包络解调的滚动轴承故障诊断方法.该方法首先利用VMD算法对故障信号进行分解成若干不同频率的本征模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF);通过峭度准则筛选出峭度值最大的IMF,将其作为故障特征最敏感分量;利用Teager能量算子解调算法对该分量进行包络解调分析,提取调制故障特征.将该方法应用到仿真信号和滚动轴承故障振动信号分析当中,同时与EMD、小波变换方法进行了比较.结果表明,该方法提高了信号的分解效率,在噪声鲁棒性和抑制模态混叠方面具有良好的性能,能够实现滚动轴承故障的精确诊断,具有一定的理论研究意义和工程实用价值.     

基于自适应局部迭代滤波和能量算子解调的滚动轴承故障特征提取

为了提高滚动轴承的故障特征提取可靠性,该文提出了一种基于自适应局部迭代滤波(Adaptive local iterative filtering,ALIF)和能量算子解调的滚动轴承故障特征提取的方法。该方法首先利用ALIF将轴承的故障振动信号分解为若干个本征模态函数(Intrinsic mode function,IMF)分量,然后对包含故障信息最多的分量进行能量算子解调,得到分量的包络谱来提取轴承的故障特征。仿真结果表明:ALIF能够准确获取IMF分量,解决经验模式分解(Empirical mode decomposition,EMD)带来的模式混叠问题,结合能量算子解调方法能更好地凸显故障信号的包络谱特征,有效地提取轴承故障特征频率。     

基于一种EEMD的能量算子解调机械故障诊断

针对在强噪声背景下轴承振动信号的非线性、非平稳性以及信号出现的复杂调制现象,提出了一种基于小波包熵与EEMD(总体模态分解)相结合的能量算子解调故障诊断方法.根据信号的小波包熵值对信号小波包降噪,采用EEMD方法选取相关度最大的IMF(本征模态分量)以避免选取信号的盲目性,对该分量进行能量算子解调,实现提取该分量下的故障信号的幅值和频率信息.对机械故障振动信号进行实验分析表明,相对于EMD分析存在的模态混叠现象以及普通Hilbert解调法的运算精度满足不了诊断需求的情况,该方法能够有效解调出故障频率信息,以实现对故障类别的推断.     

EEMD-SVD方法及其在高速列车滚动轴承故障诊断中的应用

结合聚合经验模态分解(Ensemble empirical model decomposition,EEMD)优秀的非平稳信号分解能力和奇异值分解(Singular value decomposition,SVD)的强去噪能力,提出了一种高速列车滚动轴承故障检测的新方法。该方法是应用EEMD对轴承轴箱位置的振动信号分解得到基本模式分量(Intrinsic Mode Function,IMF),对IMF矩阵做SVD得到正交化结果,分别利用各奇异值重构信号,应用各特征信号的Hilbert包络解调处理得到的包络谱诊断轴承故障类型。利用仿真信号数据和人工伤轴承试验数据对该方法进行验证,结果表明,该方法能有效提取轴承的故障特征信息,特征波形清晰准确,相比传统EEMD方法,在强噪声干扰时故障特征的诊断能力得到了显著提高。     

利用ICA的局域波分解及其在机械故障诊断中应用

局域波分解算法的自身局限使得分解分量之间的正交性不能得到保证,分解分量存在信息冗余,从而影响了分解质量.针对这个问题,将独立分量分析(ICA)引入局域波分解过程中,以消除分解分量的信息冗余,使得局域波分解得到的基本模式分量之间相互正交独立,改善局域波分解算法的局限性,准确地进行局域波分解.应用该方法对转子早期碰摩振动信号进行了分析,并对分解得到的高频基本模式分量进行Hilbert包络解调分析,准确提取了转子碰摩故障特征.试验数据的分析结果证明了方法的准确性和有效性.     

基于EEMD与形态滤波的滚动轴承故障诊断方法研究

为从滚动轴承故障信号中提取出包含故障信息的特征频率,提出集合经验模式分解法(EEMD)与形态滤波相结合的解调方法。该方法首先利用EEMD自适应地将信号分解成多个IMF分量,然后计算各IMF分量与原信号的相关系数,选择合适的IMFs进行信号重构,再对重构后的信号进行形态滤波,滤除脉冲干扰,提取出故障特征信息。将该方法应用于滚动轴承故障诊断实例中,并将分析结果与直接对原信号进行包络谱分析解调的结果进行对比。结果表明,该方法提取故障信息的效果较包络谱分析解调的效果要好。     

谐波小波解调法在齿轮箱故障诊断中的应用

在研究谐波小波频段分解与Hilbert解调分析的基础上,提出了基于谐波小波包变换的解调分析法,并详述了其具体实现过程。该方法根据齿轮箱频谱特征与齿轮箱故障特征频率的理论计算值,确定所需提取的特征啮合分量,并在此基础上选择谐波小波包分解层数与所需提取的频带带宽;通过傅里叶变换及其反变换提取出相应的特征啮合分量,然后借助Hilbert算子对提取出的啮合分量进行包络解调分析。采用这种方法对存在磨损及点蚀故障的齿轮箱振动信号进行了分析,结果表明,基于谐波小波包的包络解调法具有精确提取任意频段调制信息的能力,能够为齿轮箱故障源的准确定位及故障程度提供可靠的判断依据。     

基于Hilbert变换的滚动轴承内环和外环故障诊断

针对滚动轴承的外环和内环发生故障时轴承产生的振动信号具有调制的特点,提出基于Hilbert变换的滚动轴承内、外环故障诊断方法,介绍基于Hilbert变换的调制信号解调过程:运用Hilbert变换对滚动轴承的振动信号进行包络解调,实现载波和调制波的分离.通过对调制波进行频谱分析实现滚动轴承内、外环故障的诊断,对具有内环故障和外环故障的滚动轴承进行故障诊断仿真.仿真结果表明:基于Hilbert变换的包络解调技术能有效提取调制信号中的包络信号,对包络信号进行频谱分析后可以实现滚动轴承内、外环故障的诊断;诊断结果与实际故障相吻合,基于Hilbert变换的包络解调技术可应用于滚动轴承内、外环故障的诊断.     

基于EMD的复合故障诊断方法

针对转子不平衡故障和滚动轴承微弱损伤性故障的复合故障诊断问题,提出了一种基于经验模式分解的故障诊断方法,进行复合故障的耦合特征分离和轴承损伤性故障信号特征提取研究. 该方法首先通过经验模式分解将复合信号分解为若干个本征模函数(intrinsic mode function, IMF);然后通过计算各IMF与原始复合信号的相关系数确定包含故障特征信息的主要成分,除去虚假分量;最后针对主要成分中的低频成分进行频谱分析提出转子故障特征,针对主要成分中的高频成分进行Hilbert包络解调提取调制故障特征,即轴承损伤性故障特征. 仿真及实验结果表明该方法的有效性和实用性.     

Fault Diagnosis of Reciprocating Compressors Valve Based on Cyclostationary Method

The relationship between second-order cyclostationary method and time-frequency distribution is studied,and cyclic autocorrelation(CA) function is indicated to be one sort of special time-frequency distribution method.Furthermore,a fault diagnosis method for reciprocating compressors based on empirical mode decomposition (EMD) and CA function is proposed,and then it is applied to the fault diagnosis of reciprocating compressor valve.Firstly,the vibration signal of reciprocating compressor valve is decomposed by using EMD method,and several intrinsic mode functions (IMFs) are obtained.Secondly,the IMFs are evaluated by some denoising criterions to remove the noise and interfering ones.Finally,the CA functions of the remained IMFs are calculated,which will be used to reconstruct the CA function of the original vibration signal.Engineering application indicates that this method can sufficiently inhibit the cross-interference items of CA function.Therefore,more explicit working conditions of reciprocating compressor components can be achieved.     

一种多尺度球磨机筒体振动频谱分析与建模方法

针对基于传统快速傅里叶变换获得的单尺度筒体振动频谱难以有效揭示磨机研磨机理和筒体振动信号组成,以及现有文献中经验模态分解(EMD)技术预测精度低的问题,提出了基于偏最小二乘算法的多尺度筒体振动频谱分析与建模方法.该方法首先采用经验模态分解技术将筒体振动信号分解为具有不同时间尺度的内禀模态函数(IMF),接着通过傅里叶变换获得多尺度频谱,最后采用基于偏最小二乘算法的潜变量贡献率分析和选择不同尺度频谱,并建立融合不同尺度频谱的磨机负荷参数软测量模型.采用实验球磨机的实验数据仿真验证了所提方法的有效性.     

基于EEMD能量熵和支持向量机的齿轮故障诊断方法

针对齿轮振动信号的非平稳特征和现实中难以获得大量典型故障样本的实际情况,提出基于总体平均经验模态分解(EEMD)和支持向量机的齿轮故障诊断方法.通过EEMD方法将非平稳的原始加速度振动信号分解成若干个平稳的本征模函数(IMF);齿轮发生不同的故障时,在不同频带内的信号能量值会发生改变,故可通过计算不同振动信号的EEMD能量熵判断是否发生故障;从包含有主要故障信息的IMF分量中提取出来的能量特征作为输入建立支持向量机,判断齿轮的工作状态和故障类型.实验结果表明:文中提出的方法能有效地应用于齿轮的故障诊断.     

基于EEMD和小波包变换的早期故障敏感特征获取

提出一种基于总体平均经验模态分解和小波包变换的方法,进行早期故障敏感特征的获取,构建早期故障诊断模型. 该方法首先应用EEMD对现场采集的振动信号进行分解,分离出不同频率成分的特征信号,选择与原信号相关系数最大的 IMF分量进行信息重构;面向重构的IMF分量采用WPT进行分解,得到各个节点的小波系数;最后使用Hilbert变换提取小波包系数的包络,计算功率谱,准确获得早期故障的敏感特征. 通过对仿真信号的分析验证了该方法对故障诊断的有效性. 将该方法应用于实测的滚动轴承的内圈、外圈和滚动体故障诊断,诊断结果均表明该方法可有效提取早期故障敏感特征,故障诊断快速准确.      

基于EEMD的柴油机缸套磨损故障诊断

针对柴油机缸套磨损故障诊断问题,在实车上测试了柴油机机体振动信号,应用经验模态分解(EMD)对不同磨损状态下的柴油机机体振动信号进行了分析,然而,EMD存在的模态混叠问题使其难以获得准确的基本模式分量(IMF).为此引入基于总体经验模态分解(EEMD)的改进的局域波分析方法,利用EEMD获取无模式混淆的IMF,通过Hilbert边际谱分析信号能量随瞬时频率的变化特征.工程实测分析结果验证了应用该方法进行柴油机缸套磨损故障诊断的有效性.     

心电信号基线漂移去除方法研究

心电信号(ECG)是临床诊断各种疾病的重要依据,但由于基线漂移等噪声的存在影响了其诊断的准确性.根据基线信号的特点和固有模态函数(IMF)的性质,提出一种基于经验模态分解(EMD)结合形态滤波的自适应滤波方法.该方法先对信号进行经验模态分解,然后对所选择的IMF分量进行形态滤波处理,将滤波后的结果作为自适应滤波器的参考输入信号,最后得到的输出误差信号即为去除基线漂移后的心电信号.通过与普通的EMD方法、基于EMD的自适应滤波方法对比,并采用MIT-BIH数据库中的心电数据进行了检验,实验结果表明该方法对于去除心电基线有较好的效果.     

基于经验模态分解的生命信号提取算法

穿墙生命探测雷达系统中,传统的基于快速傅里叶变换(FFT)的生命信号提取算法不能有效处理非平稳信号,且易受呼吸谐波干扰.为此,文中提出了一种从时域上提取生命信号的新方法.首先应用经验模态分解(EMD)将雷达接收信号分解成有限个固有模态函数(IMF),再用反映生命信号结构特征的IMF分量从时域上分别重构呼吸与心跳信号.仿真结果表明,所提出的新方法能避免呼吸信号谐波对心跳信号的干扰,因而能更加精确地提取心跳信号.     

EMD与ICA相结合的复杂转子系统早期故障诊断

为了提取复杂转子系统微弱故障信息,对其早期故障进行预知诊断,针对某型涡桨发动机的减速器传动机构接连发生的齿轮毂裂纹故障问题,通过布置多组加速度传感器对多组正常齿轮毂和预制早期裂纹故障的齿轮毂进行正常试车下的振动信号采集。采用EMD(empirical mode decomposition)方法把测试信号分解成多个IMF分量,选取合适IMF分量利用基于非高斯性极大的ICA(independent component analysis)固定点算法进行混合再分离,得到了信息较为独立的特征分量。通过对特征分量进行解调分析得到能清晰反应故障状态的调制信号信息。结果表明基于EMD与ICA相结合的特征信号分离提取技术加包络解调法能有效地识别复杂转子系统早期故障信息。