改进的噪声总体集合经验模式分解方法在轴承故障诊断中的应用

在复杂的流程工业中,机械设备往往处在高速、重载、高温、高辐射的环境中,轴承作为主要的机械零部件起着重要作用。由于轴承故障振动信号的微弱和不平稳的特性,造成故障特征向量提取和故障诊断存在着困难。提出一种改进的CEEMDAN(Improved Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,ICEEMDAN)轴承故障诊断方法。通过对比分析仿真信号和实测信号可以得知:ICEEMDAN方法可以改善信号重构质量,具有良好的自适应性,能够提高故障信号的信噪比,从而可以有效地识别并提取有用的故障特征信息。     

时空稀疏贝叶斯的多通道降噪方法及在机械故障诊断中的应用

压缩感知利用与稀疏基相独立的观测矩阵将具有稀疏结构的高维度信号投影到低维子空间,对于信号的压缩和降噪有很好的效果,但是稀疏基以及稀疏系数矩阵的获得对于分析的结果有决定性的影响。稀疏贝叶斯学习(sparse bayesian learning,SBL)算法能极大地提高信号稀疏分解的精度,提出了一种改进的基于时空稀疏贝叶斯(SpatioTemporal Sparse Bayesian Learning,STSBL)的多通道信号降噪算法。首先给出了多通道压缩感知理论模型,然后通过自适应过完备字典求取信号的稀疏基矩阵,最后提出基于STSBL的多通道理论模型获取多通道稀疏系数矩阵,从而实现多通道机械故障信号的有效降噪以及特征成分的精确重构。分别通过数值仿真实验和实测风力发电机轴承内圈故障信号进行分析,结果表明提出的方法有很好的降噪效果,同时能成功地提取信号的故障特征信息。     

张量鲁棒主成分分析及其在故障诊断中的应用

通常采集到的机械设备振动信号具有典型的非线性、非平稳特性,并且含有强背景噪声。一种新的张量鲁棒主成分分析方法被提出,该方法假设张量数据能被分解为代表信号特征的低秩成分和代表噪声的稀疏成分的叠加。首先将采集的一维信号重构到三维张量空间,然后通过求解一个凸优化问题来提取张量数据的低秩特征成分,从而实现信号的特征提取。该问题实质是由Tucker分解模型相关的Tucker秩凸包络的核范数和稀疏成分范数的联合最小化问题。分别通过仿真实验和实测的轴承外圈故障信号进行分析,结果表明提出的方法能成功的提取故障特征信息。     

基于高斯混合模型的滚动轴承故障预警

滚动轴承的早期故障预警一直是研究人员和相关行业关注的问题,及时发现滚动轴承的早期故障并预警有助于降低生产中因零件损坏引发的损失。在分析了主流故障预警方法后提出一种基于高斯混合模型(gaussian mixture model, GMM)的轴承故障预警方法;通过GMM对轴承的振动信号建模,描述其不同阶段的分布情况,提出一种新的基于KL散度的轴承健康指标(bearing health index based on KL divergence, BHI-KL),用来描述轴承劣化过程;利用3σ准则提取出健康指标中的异常值,实现故障预警。利用轴承寿命加速试验数据对所提方法进行验证,并通过包络谱验证其精确性。结果表明,该方法较常用的故障特征具有良好的时效性,可以实现对轴承故障进行有效预警。     

压缩感知框架下的共振解调故障诊断方法

风力机滚动轴承早期故障诊断中,压缩感知算法能够利用信号的稀疏性对信号去噪,但稀疏度的选取对去噪结果影响较大。由于信号故障成分在傅里叶域的稀疏度 已知,故可通过傅里叶变换基和压缩感知子空间追踪（CS＿SP）算法对风力机信号的包络特征进行不完全重构,以降低噪声和其他无关信息的影响,获取直接反映故障特征的信号成分,从而提取故障特征频率。研究结果表明,压缩感知框架下的的共振解调技术能有效获取风力机滚动轴承的故障特征信息,验证了所提方法的有效性。     

基于改进ACCUGRAM的滚动轴承故障诊断方法

滚动轴承故障信号的特征容易被强噪声淹没，难以提取信号中的冲击成分。针对这一问题，提出多点最优调整的最小熵解卷积（MOMEDA）优化的ACCUGRAM算法，并应用于滚动轴承故障诊断。首先利用MED算法对原始信号进行滤波预处理，突显信号中的有效循环冲击成分，提高MOMEDA优化ACCUGRAM算法中频带选择的分类精度，选择最佳的带宽和中心频率，最后对获得包含信息量最大的频带进行故障特征频率的提取和轴承的故障诊断。仿真和试验数据分析结果表明：该方法能够有效提取信号中的周期性冲击特征，具有一定的实用性。     

局部鲁棒主成分分析及其在故障诊断中的应用

机械设备故障振动信号的分析一般需要经过特征提取,然而由于背景噪声或者环境干扰的存在使得信号的信息适用性下降,从而导致特征提取存在很大的困难.一种新的局部鲁棒主成分分析的降噪方法被提出,该方法假设数据矩阵在有限个局部区域可以分解为表示信号特征信息的低秩成分和代表噪声的稀疏成分的加权和,且矩阵只需在局部区域具有低秩的属性而不必要满足全局低秩的强条件,并通过有限个局部低秩矩阵的平滑凸组合来全局逼近原始矩阵.通过仿真实验和实测的轴承外圈故障数据的分析,证明了提出的方法具有较强的降噪和特征提取效果.     

基于核函数的二阶盲辨识的单通道信号盲分离方法研究

调整权值的二阶盲辨识(WASOBI)算法已应用于故障诊断领域,但尚不能在欠定状态下对复合故障进行诊断。将该算法与核函数相结合实现了欠定盲源分离,并将其应用到复合故障诊断中。首先运用核函数将单通道信号构造为多维信号,并利用K-SVD源数估计方法估计出源信号个数,然后根据估计的结果重构出正定的观测信号矩阵,解决欠定问题,最后采用调整权值的二阶盲辨识算法将各故障源信号分离出来。仿真分析和实验结果表明,该方法能有效地解决欠定盲源分离问题,并使轴承各故障源信号分离,实现复合故障诊断。     

窗口伸缩优化的同步压缩算法及其在变转速工况瞬时频率估计上的应用

针对传统时频分析方法的固定窗在分析非线性调频信号时存在时频聚集性不高等问题,在短时傅里叶变换基础上引入同步压缩理论,利用信号的局部信息特征,提出一种窗口伸缩优化的时频同步压缩变换算法,并在此基础上推导出二阶及高阶的窗口伸缩优化的同步压缩变换算法.该方法能够兼顾同步压缩变换和重排的优势,进一步锐化时频脊线,从而增强时频表...