基于随机共振预处理的振动故障特征提取研究

为有效降低噪声对机械故障特征提取结果干扰,提高故障特征集分类性能,提出基于随机共振(SR)预处理的故障特征提取方法。用随机共振方法对振动信号预处理,提高输出信号信噪比,增强信号频率特性;将随机共振输出信号用于特征集提取。为验证随机共振对信号预处理效果,分别提取基于时域、频域及时频域分析的故障特征集用于故障诊断;用转子试验数据对该方法所取特征集进行检验。结果表明,经随机共振处理后提取的各特征集与原始数据提取的特征集相比,均表现出较好分类性能,且其诊断结果的确定性较原始特征好,有望应用于工程实际。     

基于分段线性非饱和随机共振的机械早期故障诊断方法研究

针对大型机械设备运行环境恶劣、故障特征难以提取的问题,提出一种基于分段线性双稳态势函数模型的非饱和随机共振方法。该方法通过分段线性化的势函数代替经典的双稳态势函数,然后利用频移尺度变换实现机械设备振动信号的小参数化,使其满足随机共振系统的输入条件;最后,将系统输出信号的信噪比作为遗传算法的目标函数,优化非饱和随机共振系统参数,实现机械设备早期故障特征的增强与提取。仿真分析表明该方法可以有效地提取淹没在强噪声背景下的微弱故障冲击特征,而且轴承实验证明提出的方法能够有效增强与提取故障特征频率。仿真与实验结果进一步表明提出的方法优于经典双稳态随机共振方法,不仅能够获得高的输出信噪比,而且在特征频率处具有更高的幅值。以上优点归功于提出方法不仅克服经典双稳态随机共振系统的内在输出饱和问题,而且利用遗传算法实现系统与输入信号之间的最佳匹配。     

基于VMD和变尺度多稳随机共振的微弱故障信号特征提取方法

针对强噪声背景下旋转机械早期故障诊断的难题,提出一种基于变分模态分解与变尺度多稳随机共振的微弱故障信号特征提取方法。首先应用参数优化的变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)算法对微弱故障信号进行分解, 得到若干本征模态分量(intrinsic mode function, IMF);然后通过峭度准则筛选出其中峭度最大的IMF分量;最后对该IMF分量进行变尺度多稳随机共振, 实现微弱故障信号的增强。实例表明:在强噪声背景下,利用参数优化VMD分解与变尺度多稳随机共振相结合的方法,可以有效提取出微弱信号特征频率,实现旋转机械故障状态的准确判断。     

基于三稳态随机共振的轴承故障诊断研究

滚动轴承是我国工业领域的重要零件之一,一旦发生故障将会造成严重事故。由于滚动轴承长期工作在高速、高噪环境下,因此在强噪声环境下提取滚动轴承的故障信号十分困难。该文基于强噪声背景,对双稳态随机共振进行改进,推出一种三稳态随机共振轴承故障诊断方法。通过描述布朗粒子在噪声信号和周期信号作用下,在三稳态非线性随机共振系统中发生的跃迁现象,分析不同参数情况下,系统势函数的变化情况。利用三稳态随机共振四阶龙格-库塔方法求轴承故障信号,通过变时间尺度方法对非线性系统进行优化,对强噪声环境下的滚动轴承进行故障诊断,解决传统双稳态随机共振只能检测微弱故障信号的问题。研究表明,三稳态随机共振轴承故障诊断方法简单易行,能够在强噪声环境下,有效地提取到滚动轴承的故障信号,为滚动轴承故障诊断提供帮助。     

基于变尺度多稳随机共振的微弱信号检测研究

针对强噪声背景下微弱信号难以检测的难题,提出基于变尺度多稳随机共振的微弱信号检测方法。多稳随机共振系统比双稳随机共振系统具有更好的微弱信号检测能力,为强噪声背景下微弱信号的检测提供了新方法。首先对大频率信号进行尺度变换使之满足随机共振条件,将频率压缩后的信号通过多稳系统,调整参数使其发生随机共振得到信号的频谱特征,并与双稳随机共振方法得到的特征频率进行比较,仿真和实例结果均表明:相同条件下,多稳随机共振方法比双稳随机共振方法得到的频率准确,可以增强信号的幅值,有效地检测出被噪声淹没的微弱信号。     

基于SSA和随机共振的旋转机械微弱信号提取

针对旋转机械早期故障信号微弱,富含大量噪声的问题,提出麻雀优化算法(SSA)和随机共振(SR)相结合的微弱信号提取方法.首先,对大参数信号进行变尺度处理,使其满足SR的要求;其次,以信噪比作为目标函数,运用SSA算法优化SR模型的结构参数,利用系统的SR实现微弱信号信噪比的提高;最后,通过仿真信号验证所提出方法的有效性...     

一阶线性系统随机共振在转子轴故障诊断中的应用研究

针对机械系统早期微弱故障信号难识别诊断问题,提出一阶线性系统调参广义随机共振的特征提取方法,该方法基于调节一阶线性系统参数,可以得到信噪比取极大值的广义随机共振现象。为得到清晰的特征信号,以可辨识性为优化目标,给出了系统参数、信号频率、采样频率等参数之间的选择关系。滑动轴承试验台上转子轴的早期微弱故障模拟实验,验证了此方法的有效性。     

基于随机共振及图谱理论的齿轮故障特征提取

机车齿轮箱齿轮工作环境恶劣且极易出现齿轮损伤.齿轮箱齿根裂纹损伤检测是保证列车安全运行的有效措施.本文提出了一种基于随机共振以及图谱理论相结合的齿根裂纹故障提取方法.基于随机共振以及图谱理论的故障提取方法具体过程如下:首先,运用复Morlet小波梳状滤波器对原始信号进行解调处理;然后,运用图谱理论方法对仿真信号进行处理...     

基于时延反馈多稳随机共振的微弱信号检测方法

为了检测噪声背景下的微弱信号,提出了一种基于一次项时延的新型多稳态随机共振模型。分析了各参数对该模型的影响,并与时延反馈随机共振模型进行对比。提出的基于一次项时延的多稳态随机共振模型可以集中增强微弱信号特征频率处的幅值,提高输出信号的信噪比和谱功率放大系数。通过实例验证表明提出的方法可以有效检测出早期微弱信号的特征。     

随机共振技术在齿轮箱故障检测中的应用

讨论了利用SR原理从强背景噪声中提取微弱周期特征信号的方法，给出了SR模型数值求解的新算法。在对齿轮箱故障进行数值仿真的基础上，将此方法用于某型直升机中间减速器齿轮点蚀故障的微弱特征信号提取，结果表明，该方法能有效提取出齿轮发生早期点蚀故障时的微弱特征信号，为直升机减速器齿轮箱的状态监测与早期故障检测提供了一条新途径。     

基于随机共振及图谱理论的齿轮故障特征提取

机车齿轮箱齿轮工作环境恶劣极易出现齿轮损伤。齿轮箱齿根裂纹损伤检测是保证列车安全运行的有效措施。本文提出了一种基于随机共振以及图谱理论相结合的齿根裂纹故障提取方法。基于随机共振以及图谱理论的故障提取方法具体过程如下,首先,运用复Morlet小波梳状滤波器对原始信号进行解调处理;然后,运用图谱理论方法对仿真信号进行处理提取信号中含有的冲击信号成分;最后利用随机共振方法对提取的冲击信号进行处理,达到消除信号中噪声干扰增强信号中冲击成分的目的。运用本文提出方法对仿真数据进行处理,证明了本文提出方法的有效性。     

外加周期信号控制下的随机共振及其应用

分析了双稳系统的Kramers逃逸率与外加周期信号参数的关系,揭示了外加周期信号通过调节Kramers逃逸率影响微弱周期信号的随机共振效应,从而人为地产生或增强随机共振,实现随机共振的有效控制.数值仿真和实验结果表明,外加周期信号控制下的随机共振,可以增强双稳系统输出功率谱在微弱周期信号频率处的谱值,检测出强噪声中的微弱信号,在涡街频率检测方面的应用是可行和有效的.     

自适应二阶双稳态随机共振的微弱特征增强检测方法研究

针对大型机械设备运行环境恶劣故障特征难以提取的问题,提出一种自适应二阶双稳态随机共振方法。首先系统输出信号的信噪比作为蚁群算法的自适应度函数,然后采用蚁群算法优化二阶随机共振系统的参数和阻尼因子,再利用优化得到的最佳参数设置二阶随机共振系统,最后实现微弱故障特征的增强与提取。数值仿真分析表明:该方法可以有效地提取淹没在强噪声背景下的微弱正弦信号;而且深沟球轴承滚动体故障实验结果证明提出的方法能有效增强与提取滚动体故障特征频率。仿真与实验对比结果表明:提出的方法优于传统随机共振方法,归功于该方法不仅能够利用蚁群算法并行选择和优化随机共振系统参数,而且克服传统随机共振方法对高通滤波器的依赖。     

随机共振系统的电路模拟及在微弱信号增强传输中的应用

采用电子线路仿真双稳随机共振系统,建立微弱信号增强传输单元.实验结果表明,该装置适合于低信噪比条件下微弱正弦信号的检测,并且可以有效增强周期脉冲信号及二进制数字脉冲信号的传输,为微弱故障特征信号的提取以及数字信号的远程传输中提供了一种实用装置.     

耦合双稳系统随机共振的轴承故障检测方法

耦合双稳系统由两个双稳系统经非线性方式耦合而成.分析了影响耦合双稳系统随机共振产生的Kramers逃逸率及平均跃迁频率与耦合系数的关系,提出了通过调节耦合系数大小来产生和增强随机共振的方法,并将该方法应用于轴承故障信号检测中.数值仿真和实验结果表明,在系统参数固定时,调节耦合系数能增强系统输出功率谱在特征频率处的谱值,可检测出单一双稳系统随机共振所不能检测出的微弱轴承故障信号频率,该方法在轴承故障信号检测中的应用是有效的.     

基于快速kurtogram算法的共振解调方法在滚动轴承故障特征提取中的应用

共振解调方法是滚动轴承故障特征提取和故障诊断中最为常用的一种方法。然而传统的共振解调技术存在带通滤波参数(中心频率和滤波带宽)需要人工进行预先确定,其具有很大的偶然性、局限性等缺陷。本文作者将快速Kurtogram算法用于共振解调技术带通滤波器参数的确定中,并结合共振解调技术成功运用于滚动轴承的故障特征提取,弥补了传统共振解调方法需要人工干预进行带通滤波参数确定的不足,并分别进行仿真和实验来验证该方法的有效性。     

基于自适应随机共振的齿轮微弱冲击故障信号增强提取方法研究

针对强背景噪声下冲击信号难以检测的问题,提出一种基于自适应随机共振的齿轮微弱冲击故障信号增强提取方法。首先,利用峭度指标和互相关系数构造修正峭度指标作为随机共振检测冲击信号的测度函数;其次,利用滑动窗将多冲击分量信号分割成多个单冲击分量信号作为随机共振的系统输入,并借助遗传算法实现系统参数的自适应选取;最后,将提出的方法应用于电力机车走行部齿轮箱故障诊断,结果显示该方法可有效实现微弱冲击特征的增强提取。     

基于包络解调随机共振和CEEMD的机械早期微弱故障诊断方法研究

针对噪声背景下机械振动信号早期故障特征提取难题,提出一种基于包络解调随机共振和互补总体经验模态分解的机械早期微弱故障提取及诊断新方法。首先对含噪声机械故障信号进行包络解调处理,然后对包络信号进行变尺度随机共振输出,使故障特征信号得到增强,最后对处理后的信号进行互补总体经验模态分解(CEEMD),得到机械振动信号故障特征分量,实现故障特征提取及诊断。对机械故障诊断实例表明,该方法不仅能增强信号幅值,同时减少了虚假分量,提高了CEEMD算法的精度,有效提取出被噪声淹没的微弱故障信号,提高了机械早期故障诊断效果。     

二维双阱势系统随机共振机理研究及应用

将经典随机共振的一维设定拓展到二维势场中,研究在噪声中受周期驱动的二维双阱势系统的随机共振机理及应用.基于绝热近似理论推导系统输出信噪比的解析式,发现系统发生显著的随机共振现象,且通过增大驱动力、耦合系数、关联系数或降低驱动频率能够进一步地提高输出信噪比.使用四阶龙格库塔法和遗传算法进行数值模拟实验,发现输出信噪比的理...     

随机共振技术在探潜中的应用

潜艇在低速航行时,由于辅机的工作和螺旋桨转动,导致了声频在甚低频段(0~100 Hz)内有较强的线谱。在声源较弱时,由于信噪比太低,传统的Demon谱分析方法无法辨别出线谱成分。这在一定程度上限制了声呐在低信噪比情况下的探潜性能。根据随机共振理论的非线性检测目标手段,运用扫频式随机共振技术,对低信噪比情况下的潜艇线谱噪声进行处理,从而增强了线谱能量,以提高检测信噪比。根据该理论,运用扫频随机共振方法对潜艇甚低频段线谱进行了数据处理,使得检测结果提高了8 dB,实际运用的目标检测距离提高1倍以上。充分体现了该理论的工程实用价值。