基于EMD和AR模型的电磁换向阀故障特征提取研究

针对经验模态分解(EMD)方法存在的分解不完全问题,提出了一种改进EMD算法.该算法采用分段幂函数插值法代替原EMD算法中的三次样条插值法来生成包络线,对比实验表明了改进算法的优越性.结合时间序列分析中的AR模型,提出了一种基于EMD和AR模型的故障特征提取方法,将其应用到电磁换向阀的故障特征提取中,实验结果表明,该方法能够正确有效地提取电磁换向阀的故障特征.     

改进VPMCD法及其在机械故障诊断中的应用

提出了一种基于时序AR模型的VPMCD(基于变量预测模型的模式识别)故障诊断方法:利用时序分析方法对故障信号建立AR模型,以蕴含故障特征的自回归参数作为故障特征量,采用VPMCD方法训练得到各故障特征量的预测模型,并利用预测模型对待诊断样本的故障类型和工作状态进行分类和识别。对滚动轴承和齿轮的振动信号的分析结果证明了该方法的有效性,与基于EMD的VPMCD法和基于AR的KNN法的对比结果证明了所提方法的优越性。     

基于EMD-AR模型和灰色关联度的滚动轴承故障诊断

提出了一种新的滚动轴承故障诊断方法:模型灰色识别法(EMD-AR).首先对振动信号进行经验模式EMD分解,然后重新组合基本模式分量IMF,依重组分量建立AR模型,将模型自回归参数和模型的残差方差σ组成特征向量,利用灰色关联度作为模式识别的方法,实现了对滚动轴承的精密诊断.     

经验模态分解边缘效应抑制方法综述

由Huang提出的经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)算法,在对非线性、非平稳信号进行平稳化处理时表现出了它特有的分析能力.但是它本身也存在不足之处,在利用三次样条插值求上下包络时,由于不能确定两端点处的极值,使得拟合出的包络线有可能偏离实际的包络线,这种现象将严重影响EMD分解的质量.针对这个问题,许多抑制边缘效应(有的文献也称:端点效应)的方法已被提出.本文对其中主要几种方法:镜像闭合延拓法、极值点对称延拓法、自回归模型(AR模型)延拓法、时变参数ARMA模型延拓法、正交多项式拟合法、神经网络的数据序列延拓法、支持矢量回归机法及窗函数法等作了一个归纳总结,阐述了各种方法的原理、抑制效果及存在的局限性.     

关联维数和基于内禀模态函数的AR模型在滚动轴承故障诊断中的应用

提出一种基于内禀模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)、自回归(Auto-Regressive,AR)模型和关联维数的滚动轴承故障诊断方法.该方法首先采用经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)将滚动轴承振动信号分解成若干个IMF,然后对包含主要故障信息的IMF分量建立AR模型,计算AR模型自回归参数的关联维数,并以关联维数作为特征向量输入神经网络分类器,最后通过网络的输出结果来识别轴承的工作状态和故障类型.对实验数据的分析结果表明,该方法能有效地应用于滚动轴承的故障诊断.     

EMD方法基于AR模型预测的数据延拓与应用

把基于时间序列AR模型预测的数据延拓技术引入经验模态分解（EMD）时频分析领域，论述了基于AR模型的数据延拓技术原理，即先对原始数据进行AR建模，然后利用模型对该数据进行延拓。通过对非线性仿真信号基于AR模型的延拓研究表明，该延拓技术是有效的。把该延拓技术应用于转子横向裂纹的时频分析，能把横向裂纹转子的扭振所形成的相位调制现象检测出来，获得了良好的效果。     

应用EMD-AR谱提取柴油机曲轴轴承故障特征

提出了一种基于经验模式分解(EMD)和AR(auto regressive)谱技术相结合的曲轴轴承磨损故障诊断的新方法。利用EMD方法分解发动机非稳态加速振动信号,得到一系列平稳的本征模式函数(IMF)分量,对占信号能量主要部分的前5阶IMF分量进行AR谱估计,分析各IMF分量的AR谱频带能量,提取能够反映曲轴轴承磨损故障的IMF分量的AR谱频带能量作为故障特征参数。试验时设置6组不同的振动传感器放置部位和4组不同的采集器触发转速,并利用本文提出的方法分析采集到的发动机非稳态振动信号。分析结果表明,基于EMD及AR谱技术提取得到的故障特征能够准确反映曲轴轴承的磨损状态,且当发动机转速高于1300 r/min,传感器放置于缸体与油底结合部右侧时,提取的故障特征最明显。     

应用AR模型的多参数与多测点信息融合的故障分类

为了找到针对齿轮传动系统多类故障分类的有效方法,对行星齿轮传动系统进行故障实验,获取振动信号。采用EMD方法对该振动信号进行预处理,得到若干个IMF分量之和,对前4个有效的IMF分量分别建立AR模型,得到对应的自回归参数序列ф,进而对其分别计算关联维数、最大Lyapunov指数、样本熵这3个混沌特征参数,并将其作为辨识特征量。将不同测点对应的ф的不同混沌特征参数信息融合作为支持向量机的输入向量,建立6种不同故障状态的训练集,实现对故障类型进行分类。结果表明:对实验获取的振动信号进行EMD和AR模型处理后,能在很大程度上提高故障分类准确率。     

基于EMD幅值熵和支持向量机的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承早期故障特征微弱,无法对轴承状态进行有效辨识的特点,提出基于EMD幅值熵和支持向量机的故障诊断方法。首先通过经验模态分解的自适应性将振动信号分解为不同时间尺度的本征模态函数IMFs,然后从分解的IMFs中分别提取瞬时幅值香农熵构造故障特征集,最后通过支持向量机对提取的故障特征集进行分类识别。滚动轴承实验结果表明,所提方法相比基于EMD和AR模型的故障诊断方法效果更好,诊断识别率达到100%。     

基于EMD和AR奇异值的柴油机故障诊断

针对柴油机振动信号的非平稳特性和在现实条件下难以获取大量故障样本的实际情况,提出一种经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)、自回归(Auto Regression,AR)模型和支持向量机(Support Vector Machine,SVM)相结合的柴油机故障诊断方法.运用经验模态分解方法对柴油机失火及气阀机构不同工况下的缸盖振动信号进行分析,计算各个内禀模态函数(Intrinsic Mode Functions,IMF)的AR模型参数向量以此组成初始特征向量矩阵,再计算此初始特征向量矩阵的奇异值,并将其作为支持向量机的输入特征向量以判断柴油机的工作状态和故障类型.试验结果表明:该方法在小样本情况下也具有较高的精度和较强的泛化能力.     

基于EMD和信息熵的滚动轴承故障诊断

提出了一种基于EMD和信息熵的滚动轴承故障诊断方法。利用EMD将滚动轴承振动信号分解为多个IMF分量,计算各个IMF分量的信息熵,设定有效的熵阈值来取舍IMF分量,利用保留的IMF分量重构信号,并对重构信号进行Hilbert包络谱分析,提取滚动轴承故障特征频率。对实测滚动轴承振动信号分析表明,该方法能有效提取滚动轴承的故障特征频率。     

基于EMD-PCA的轴承故障源盲分离方法

结合经验模态分解和主分量分析各自的优点,提出了一种基于EMD-PCA的轴承故障源的盲分离方法。利用EMD方法对混合观测信号进行分解得到若干个本征模函数分量,把所有的IMF分量重新组合在一起,作为新的观测信号,然后采用PCA对新的观测信号进行共性分析以得到源信号中的主要成分,并进行了轴承故障源分离试验验证。     

应用EMD和双谱分析的故障特征提取方法

针对传统双谱分析从理论上仅能抑制高斯噪声,但对非高斯噪声无能为力的不足,提出了一种利用经验模式分解(empirical mode decomposition,简称EMD)和双谱分析的故障特征提取方法,并应用于滚动轴承故障诊断中。首先,对信号进行EMD分解;其次,利用能量相关法去除EMD分解过程中出现的伪本征模态分量(intrinsic mode function,简称IMF);最后,对得到的真实IMF进行双谱分析提取故障特征。仿真和实验结果表明,所提出的方法优于功率谱分析和传统双谱分析,能够更有效地提取强噪声背景下的机械故障特征信息,为滚动轴承的故障特征提取提供了一种新的方法。     

基于改进EMD和谱峭度法滚动轴承故障特征提取

针对滚动轴承故障信号的强背景噪声特点,提出一种基于改进经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)与谱峭度法的滚动轴承故障特征提取方法.首先,利用EMD方法对原故障信号进行分解,得到若干平稳固有模态分量(intrinsic mode function,简称IMF);然后,采用灰色关联度与互信息相结合方法剔除传统EMD分解结果中存在的虚假分量;最后,运用谱峭度法和包络解调方法对真实IMF分量进行分析,提取故障特征频率.通过对实际滚动轴承故障信号的应用表明,该方法可有效地提取滚动轴承故障特征,且能够取得比传统包络解调分析更好的效果.     

滚动轴承故障特征提取的EMD频谱自相关方法

首先,在论述频谱自相关方法(spectrum auto-correlation,简称SAC)的特点、经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)分析过程和轴承故障机理的基础上,指出了在故障信号不占主导作用时频谱自相关方法在轴承故障诊断中的局限性,并得到仿真算例验证;然后,提出了基于经验模态分解和频谱自相关的轴承故障特征提取方法,将经验模态分解得到的各分量进行分析比较,再对适合的分量进行频谱自相关分析,可有效提出轴承故障频率;最后,分别在轴承故障试验台实测了深沟球轴承和圆柱滚子轴承内外圈故障振动数据,结果表明,EMD-频谱自相关分析方法可以很好地提取轴承故障信号,较单一EMD分解、频谱自相关和峭度等方法效果更好,为轴承故障诊断提供了新思路。     

基于EMD和峭度的Hilbert包络解调在滚动轴承故障诊断中的应用分析

针对直接运用快速傅里叶变换（FFT）无法有效提取具有非线性非平稳特性的滚动轴承振动信号故障特征频率的问题,提出了一种基于经验模式分解和峭度指标的Hilbert包络解调方法.首先对滚动轴承的振动信号进行了经验模式分解（EMD）,得到了包含轴承故障特征信息的各阶本征模态函数（IMF）,再计算各阶IMF的峭度值,选取了峭度值较大的几阶IMF分量重构信号,并对重构信号进行了Hilbert包络解调分析,从而获得了滚动轴承的准确故障特征信息.分别对仿真模拟信号和实际滚动轴承发生内圈故障的振动信号进行了分析,清晰地得到了故障特征频率.研究结果表明,利用融合EMD、峭度系数和Hilbert包络解调的诊断方法能够快速、准确地提取滚动轴承的故障特征频率,从而可以对滚动轴承进行有效地故障诊断.     

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。