Teager算子和极坐标级联增强时频特征算法及轴承微弱故障特征提取

提出了一种Teager算子和极坐标级联增强时频特征方法(Cascading enhancement of time-frequency feature based on Teager energy operator and polar diagram,CETFTP),应用于提取轴承早期单一和并发故障微弱特征。首先计算信号的Teager能量算子输出,一级增强冲击信号能量,按有限种可能周期将时间尺度平面上的时频系数累加,映射到极坐标平面,二级增强周期冲击时频特征。对仿真信号和4种工况轴承实测信号进行CETFTP分析,结果表明:CETFTP方法能级联增强周期冲击特征,有效抑制非同周期的其他分量和噪声干扰,更能提取强噪声下的轴承微弱故障特征;CETFTP不仅能有效提取单一故障微弱特征,而且能消除并发故障调制源之间的干扰,逐个提取信号中的多个调制源特征,为轴承并发故障特征提取提供了一条新途径。     

基于自相关与能量算子增强的滚动轴承微弱故障特征提取

针对滚动轴承(rolling element bearings, REBs)早期故障振动信号冲击成分微弱,受噪声影响故障特征难以提取,提出了基于自相关和Teager能量算子增强的滚动轴承微弱故障特征提取法。利用自相关计算和经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD),分别实现轴承振动信号整个频带随机噪声和低频噪声的抑制,突出故障冲击周期。同时,提出基于内禀模态函数(intrinsic mode function, IMF)能量比加权的互相关系数-峭度指标用于筛选最优IMF进行信号重构,强化重构信号中的故障信息。对重构信号作用Teager能量算子(Teager energy operator, TEO),得到故障冲击特征增强的瞬时能量序列,通过功率谱分析提取轴承故障特征频率。内圈故障仿真信号和滚动体故障实测信号分析表明,该方法能够有效抑制轴承振动信号噪声,对早期故障的微弱特征有显著增强作用。     

Teager能量算子增强倒阶次谱提取轴承微弱故障特征

针对变速器加速过程下轴承故障特征易于暴露难以提取问题,提出一种Teager能量算子增强倒阶次谱方法。计算加速过程等角度重采样信号的Teager能量算子,对Teager能量算子输出进行倒谱分析,获得Teager能量算子增强倒阶次谱。对加速过程滚动轴承外圈、内圈剥落故障信号进行分析,结果表明,Teager能量算子能有效增强冲击成分,抑制非冲击成分;倒阶次谱能从干扰中准确识别被增强的故障冲击特征,提取轴承微弱故障特征。     

基于MOMEDA和极坐标时频特征级联增强的轴承早期特征提取

针对变速器轴承早期故障特征微弱、并发故障特征耦合的问题,提出一种基于MOMEDA和极坐标时频特征级联增强(CEMP)方法,对轴承早期单一和并发微弱故障特征进行提取。计算振动信号的Teager能量算子,对冲击成分能量进行一级增强;运用多点最优最小熵反褶积修正(MOMEDA)对信号故障特征周期的冲击信息进行二级增强;采用同步压缩小波时频分析(SWT),并将SWT系数循环映射到极坐标图上,在角域上三级增强故障特征周期的冲击成分。对正常、外圈故障、内圈故障、并发故障四种工况轴承实测信号进行CEMP分析,并进行有效性验证,结果表明:该方法能高识别率提取轴承早期单一故障和并发故障的微弱特征。     

基于最小熵解卷积和Teager能量算子直升机滚动轴承复合故障诊断研究

为了解决强背景噪声环境下直升机滚动轴承故障信号微弱,故障特征难以提取的问题,提出一种基于最小熵解卷积(Minimum Entropy Deconvolution,MED)与Teager能量算子(Teager Energy Operator,TEO)的滚动轴承故障特征提取的新方法。根据滚动轴承故障信号表现为冲击波形的特点和MED降噪对冲击特征敏感的特性,采用MED对故障信号进行降噪处理,同时增强信号中的冲击成分;再结合TEO适合检测信号的瞬时变化,能有效提取故障信号冲击特征的特点,计算降噪信号的Teager能量信号,进行频谱分析提取滚动轴承的故障特征。通过对仿真信号和直升机滚动轴承混合故障信号进行分析,实验结果表明,该方法能有效提取强背景噪声环境中的微弱复合故障特征,具有一定的工程应用价值。     

基于Teager能量算子的滚动轴承故障诊断研究

周期性冲击是判断滚动轴承局部损伤故障的关键特征,如何提取周期性冲击及其重复频率是轴承故障诊断中的关键问题。Teager能量算子能够估计产生信号所需的总机械能,对信号的瞬态变化具有良好的时间分辨率和自适应能力,在检测信号冲击特征方面具有独特优势。为了提取滚动轴承故障的特征频率,针对滚动轴承故障振动信号中的瞬态冲击特点,提出了基于Teager能量算子的频谱分析方法,利用Teager能量算子提取轴承故障引起的周期性冲击,通过瞬时Teager能量的Fourier频谱识别轴承的故障特征频率。分析了滚动轴承故障仿真信号和实验测试信号,并和包络谱方法进行了对比分析,准确诊断了滚动轴承元件故障,验证了该方法的有效性     

基于MOMEDA与Teager能量算子的滚动轴承故障诊断

滚动轴承早期故障信号中原始冲击成分容易被强噪声淹没,故障特征提取难度较大。针对这一问题,提出了多点最优调整的最小熵解卷积(MOMEDA)与Teager能量算子相结合的滚动轴承故障诊断方法。利用MOMEDA算法对原始故障信号进行滤波处理,通过Teager能量算子增强解卷积信号中的冲击特征,对信号进行包络分析。通过对比包络谱中的主导频率与滚动轴承的故障特征频率判断故障位置,实现轴承的故障诊断。仿真数据与试验数据分析结果表明,该方法能够有效提取故障信号中的特征信息,具有一定的实用性。     

基于时时能量阶比谱的变转速工况滚动轴承微弱故障诊断研究

变转速工况下的滚动轴承微弱故障诊断同时面临两个难点:一是滚动轴承的故障特征信号容易被环境噪声和干扰信号淹没;二是滚动轴承故障振动信号的时变特征难以被常规频谱方法提取。针对上述问题提出了基于时时能量阶比谱的滚动轴承故障诊断方法。首先对变转速工况下的滚动轴承微弱故障振动信号进行时时(time-time,TT)变换,在双时域上刻画轴承故障振动信号的时变特征;然后利用提出的时时能量定义计算轴承故障振动信号的时时能量,获得轴承故障振动信号的时时能量信号;最后对时时能量信号进行阶比分析得到轴承故障振动信号的时时能量阶比谱,并根据时时能量阶比谱的阶次特征识别出轴承故障类型。分析了变转速工况下的滚动轴承故障仿真信号和实验测试信号,结果表明:时时能量信号能够有效追踪轴承故障振动信号的时变能量分布,增强故障特征信号的冲击特征,时时能量阶比谱较包络阶比谱抗噪能力更强,为变转速工况滚动轴承微弱故障诊断提供一种有效方法。     

Teager能量算子结合MCKD的滚动轴承早期故障识别

针对Teager能量算子在解调滚动轴承早期微弱故障特征中的不足,提出一种最大相关峭度解卷积降噪与Teager能量算子解调相结合的滚动轴承早期故障识别方法。首先采用最大相关峭度解卷积算法以包络谱的峭度最大化为目标对原信号进行降噪处理、检测信号中的周期性冲击成分,然后利用Teager能量算子增强降噪信号中的周期性冲击特征、抑制非冲击成分,最后通过分析Teager能量谱中明显的频率成分来诊断故障类型。滚动轴承外圈、内圈故障诊断实例表明,该方法能有效实现滚动轴承早期微弱故障的识别。     

强背景噪声振动信号中滚动轴承故障冲击特征提取

针对机械早期故障引起的冲击特征微弱,易受强背景信号和噪声的干扰而难以提取的问题,提出一种奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)差分谱与S变换相结合的微弱冲击特征提取方法。将原始信号构造成Hankel矩阵,采用SVD对重构矩阵进行分解;利用奇异值差分谱确定降噪阶次进行降噪;采用S变换对降噪后的信号进行时频分析,提取信号中的微弱冲击特征信息。通过数值仿真和实际轴承故障数据的对比,表明该方法可有效辨别轴承振动信号中故障引起的早期微弱冲击特征,为轴承故障诊断提供先验信息。     

基于CEEMD-MED和Teager能量算子的滚动轴承微弱故障特征提取

滚动轴承故障产生的早期阶段,故障信号中的周期冲击成分微弱,并且环境噪声干扰严重,导致轴承故障难以识别。针对这一问题,提出基于CEEMD-MED和Teager能量算子的轴承故障特征方法。首先应用互补集合经验模态分解(CEEMD)对故障信号进行分解,依据相关系数原则,选取相关系数最大的分量作为分析对象;然后应用最小熵反褶积(MED)对选出的分量进行降噪;最后应用Teager能量算子对降噪后的信号进行解调处理,从其能量谱中便可准确地获取故障特征信息。通过对仿真信号和实验数据进行诊断分析,结果证明该文方法有效。     

基于角域四阶累积量切片谱的柴油机连杆轴承故障特征提取

提出了一种角域四阶累积量切片谱方法,应用于提取连杆轴承微弱故障特征。首先,对升速过程振动信号进行阶比重采样得到角域平稳信号,再计算其四阶累积量对角切片谱,构成角域四阶累积量切片谱,用于分析不同转速区间、不同测试位置下的非稳态信号,提取连杆轴承微弱故障特征。试验结果表明:角域重采样与四阶累积量对角切片谱相结合,既能分析非稳态信号,又能抑制噪声干扰;特定阶比带内的角域四阶累积量对角切片谱的能量和峰值,能有效识别连杆轴承各种技术状态,可以作为连杆轴承磨损故障的特征参数;并得出了敏感测试位置、敏感转速区间和特征阶比带。     

基于参数自适应VMD和MCKD的滚动轴承微弱故障特征提取

针对传输路径复杂和强噪声干扰条件下滚动轴承故障信号信噪比低、微弱故障特征难以提取的问题，提出一种将参数优化变分模态分解（Variational Mode Decomposition,VMD）与最大相关峭度解卷积（Maximum Correlated Kurtosis Deconvolution, MCKD）相结合的滚动轴承微弱故障特征提取方法。首先，利用经麻雀搜索算法（Sparrow Search Algorithm, SSA）优化的VMD对故障信号进行自适应分解，构建加权峭度指标以筛选有效模态分量；然后对有效模态分量利用经SSA优化后的MCKD进行增强；最后，对增强后的信号进行包络解调分析，提取出轴承故障特征频率。实验和工程实际案例分析表明，所提出的方法能够自适应增强轴承信号中的微弱冲击成分，有效提取出强噪声背景下的滚动轴承微弱故障特征。     

基于衰减余弦字典和稀疏特征符号搜索算法的轴承微弱故障特征提取

通过分析轴承内外圈故障时域波形特征,结合其早期微弱故障特点,提出了一种与轴承故障波形高度匹配的衰减余弦过完备字典,同时与稀疏表示基追踪方法的特征符号搜索算法相结合的新型算法(ACFS),实现了强噪声干扰下轴承微弱故障特征的提取。通过分析原始信号频谱与理论故障特征,确定了张成原子库的参数,并结合特征符号搜索算法对不同信噪比轴承内圈仿真信号和轴承全寿命数据中的早期微弱故障信号进行了分析。对比普通包络解调方法与基于Symlet8小波包字典的普通BPDN结果表明,该方法可以在极早期实际轴承故障信号中高效、准确地提取出故障特征频率。对于噪声具有极好的冗余度与鲁棒性。     

基于自适应加权多尺度组合形态滤波的轴承故障特征提取研究

针对滚动轴承振动信号在进行早期故障诊断时往往会伴随着噪声干扰的问题,提出了一种选择性自适应加权多尺度组合形态滤波(Adaptive Weighted Multi-scale Combination Morphological Filtering,AWMCMF)方法,从振动信号中提取故障特征。首先,采用三种组合算子构成一组新的形态算子,可有效地提取出信号中的正负冲击特征;其次,基于新算子提出了加权多尺度形态滤波方法,并将Teager能量峭度作为评判指标为各尺度提供优化的权值;最后,将选择性自适应权值与多尺度算子进行加权绑定得到优化的故障特征提取结果。通过仿真信号和轴承故障振动信号的结果表明,该方法能有效地滤除噪声并提取故障特征。     

基于谱峭度和Teager能量算子的轴承故障特征增强

共振解调法的难点在于带通滤波器的确定,谱峭度可根据信号特征寻找最优滤波器参数,很好地解决以上问题。然而谱峭度在对低信噪比数据进行处理时,滤波后的信号往往残留较大带内噪声,极大地影响了后续故障诊断的准确性。针对该问题,提出利用Teager能量算子追踪SK滤波信号的系统总能量,从信号能量的角度消除带内噪声,二次增强隐藏于噪声中的故障冲击特征,最后通过包络谱分析获得诊断结果。应用轴承故障仿真数据、实验室内圈和外圈故障数据验证了本方法的有效性。     

基于VMD-SVD能量标准谱-Teager能量算子的轴承故障诊断方法

对难以提取处于微弱故障状态的滚动轴承非线性、非平稳时变特性振动信号中故障特征频率的问题,提出基于VMD-SVD能量标准谱-Teager能量算子联合诊断方法。首先,对预处理后轴承微弱故障信号进行VMD分解,根据各模态分量(IMF)中心频率确定最优模态数K,再由各IMF分量峭度和相关系数指标确定包含故障信号的敏感IMF。然后,对选取模态分量的Hankel矩阵进行SVD分解,由奇异值能量标准谱确定有效奇异值数量,实现对信号的降噪重构。最后,利用瞬时Teager能量算子及其频谱分析识别微弱故障产生的周期性冲击特征频率。运用该方法处理滚动轴承微弱故障信号,能准确提取故障特征频率及倍频,文中证明了其准确性和有效性。     

基于改进自适应变分模态分解的滚动轴承微弱故障诊断

滚动轴承早期故障信息微弱,且混有大量背景噪声,难以提取其故障特征。提出了一种改进的自适应变分模态分解(AVMD)与Teager能量谱的微弱故障诊断方法。将最小平均包络熵(MMEE)作为目标函数,自动搜寻影响参数最佳值,确保变分模态分解(VMD)实现最优分解,并提出加权峭度指标(WK)用于选择有效模态分量进行信号重构,对重构信号进行Teager能量谱分析,从而识别故障特征频率。对轴承微弱故障振动信号的研究表明,所提方法改进了传统VMD算法分解精度受参数影响较大,导致信号出现过分解或欠分解的问题;与集合经验模态分解和局部均值分解算法相比所提方法具有更强的噪声鲁棒性和故障信息提取能力。     

基于信号子空间的新型盲解卷积方法

解卷积方法已广泛应用于振动信号的故障冲击提取。然而设备运行工况复杂多变、故障特征周期难以准确预知以及随机冲击干扰,使得当前的解卷积方法难以适应工业现场复杂环境下故障冲击增强的需求。针对该问题,提出了一种基于信号子空间的新型盲解卷积方法。该方法通过奇异值分解(SVD)方法将测试信号空间分解,分离各子空间,在此基础上通过稀疏编码收缩抑制子空间噪声,以脉冲稀疏指数为指标筛选有效子空间,最后迭代实现故障脉冲提取。轴承变转速仿真试验和列车轴承试验结果表明,该方法不仅可以有效消除随机冲击和噪声,避免能量对子空间筛选的影响,而且在缺乏准确的故障特征周期情况下仍能实现故障脉冲的准确提取。     

基于参数优化的MCKD的滚动轴承早期故障诊断

针对滚动轴承早期故障被淹没在噪声信号下特征信号微弱,故障特征难以提取的问题,将最大相关峭度解卷积(maximum correlated kurtosis deconvolution,MCKD)应用于滚动轴承早期故障诊断。并针对MCKD参数滤波器长度及移位数需人为选择的问题,提出一种基于参数优化的最大相关峭度解卷积的滚动轴承早期故障诊断方法。首先,针对轴承工作的实际工况讨论了最优移位数;然后,以经解卷积后信号的形态能量熵作为评价函数,利用网格搜索法对滤波器长度进行寻优;最后,利用参数优化后的MCKD算法增强信号中的冲击成分,通过包络谱判断轴承故障类型。实验表明,该方法可有效的增强轴承信号中微弱的故障特征成分,实现滚动轴承早期故障的诊断。