基于HVD降噪和多频段频谱叠加的圆柱滚子轴承故障诊断

针对圆柱滚子轴承早期故障难以检测的问题,提出了一种基于HVD(hilbert vibration decomposition)分解降噪、多频段局部最优频带叠加的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先对振动信号HVD分解提取含丰富故障信息的分量,然后对不同频域范围频谱的分析提取多个局部最优频段,并计算局部最优频段经过包络解调后的频谱,最后将子带频谱叠加凸出其中微弱故障信息。将该方法应用于圆柱滚子轴承故障检测中,并与快速峭度图分析结果进行了对比,验证了该方法的有效性。     

基于集成包络谱的滚动轴承早期故障检测指标EI北大核心CSCD

针对常规统计指标对滚动轴承早期故障不敏感的问题,该研究基于集成包络谱(integrated envelope spectrum,IES)提出一种滚动轴承早期故障检测指标——集成包络谱谱峰因子(integrated envelope spectrum peak factor,IESPF),应用于轴承早期故障检测。首先,对信号进行快速谱相干(fast spectral coherence,Fast-SCoh)计算;然后,根据循环频率与谱频率的映射关系确定包含故障信息丰富的频带,并对该频带积分获得IES;最后,计算IES的最大值与其均方根值的比值,从而获得该研究所提指标IESPF,应用于轴承外圈故障检测。通过分析滚动轴承外圈模拟故障试验数据和疲劳试验数据表明,该研究所提指标对轴承外圈早期故障较敏感,适用于早期故障检测。     

基于LMD的谱峭度方法在齿轮故障诊断中的应用

针对齿轮故障振动信号的非平稳调制特性以及传统共振解调方法不易确定滤波器参数的缺点,提出了一种基于局部均值分解（Local mean decomposition,LMD）时频分析的谱峭度 （Spectrum Kurtosis,SK）分析方法,并将其应用于齿轮故障诊断。该方法首先利用LMD对齿轮故障振动信号进行分析得到时频分布,然后将时频分布按照不同的尺度分成若干不同的频段,计算每一频段内信号的谱峭度值,并得到相应的峭度图,再根据峭度最大原则选取滤波频段,对滤波后的信号进行包络分析以获得齿轮振动信号的故障信息。利用该方法分别对仿真信号以及齿轮故障振动信号进行了分析,结果表明,基于LMD的谱峭度分析方法能够有效地提取齿轮故障振动信号特征。     

基于改进信息图与MOMEDA的滚动轴承故障特征提取

为解决最大相关峭度解卷积存在的故障周期需要预先设置等问题,提出多点优化最小熵解卷积修正(MOMEDA)用于增强轴承故障信号,并应用改进信息图降低噪声对其多点峭度谱的干扰。通过引入轴承故障与正常状态下谱负熵的比值关系,优化信息图中平均谱负熵算法,提出基于滤波器组的改进信息图方法;构建带通滤波器进行滤波降噪,并通过MOMEDA多点峭度谱识别故障周期;应用MOMEDA增强滤波信号中的故障周期性脉冲成分,并通过平方包络谱提取微弱故障特征。试验表明,较之信息图等方法,改进信息图的降噪效果较突出,可有效提高故障周期的识别度,实现MOMEDA自适应增强故障信号。     

基于LMS和Fast-Kurtogram的滚动轴承早期故障诊断

针对滚动轴承早期故障特征提取困难的问题,本文提出一种LMS（Least Mean Square,LMS）算法降噪、Fast-Kurtogram选频和共振解调技术相结合的滚动轴承故障诊断方法。首先对采集到的信号进行自适应降噪,减弱背景噪声的影响;然后利用谱峭度值对故障信号中瞬态成分敏感的特性,通过计算降噪后信号的快速峭度图,确定滤波器最优频带中心和带宽;最后进行共振包络解调提取出滚动轴承早期故障特征。通过仿真和实验验证分析,验证了该方法在滚动轴承早期故障诊断中的适用性和有效性。     

基于LMS和Fast-Kurtogram的滚动轴承早期故障诊断

针对滚动轴承早期故障特征提取困难的问题，本文提出一种LMS（Least Mean Square，LMS）算法降噪、Fast-Kurtogram选频和共振解调技术相结合的滚动轴承故障诊断方法。首先对采集到的信号进行自适应降噪，减弱背景噪声的影响；然后利用谱峭度值对故障信号中瞬态成分敏感的特性，通过计算降噪后信号的快速峭度图，确定滤波器最优频带中心和带宽；最后进行共振包络解调提取出滚动轴承早期故障特征。通过仿真和实验验证分析，验证了该方法在滚动轴承早期故障诊断中的适用性和有效性。     

基于子频带谱峭度平均的快速谱峭度图算法改进

快速谱峭度图（Fast Kurtogram）算法具有能自适应选取共振解调频带并实现包络解调提取的优点,在滚动轴承包络分析中有广阔的应用前景,但其在实际应用中,若被采集信号中包含有较高峰值的脉冲干扰时,将可能导致谱峭度图的自适应共振带确定失效,最终导致无法获得包含有效滚动轴承的故障特征信息的包络信号。为解决快速谱峭度图算法的上述不稳定问题,本文提出了一种基于子频带谱峭度平均的改进快速谱峭度图算法,其可有效消除或削弱脉冲干扰成分对谱峭度图结果的影响,提高了共振解调频带确定的鲁棒性,实现了基于快速谱峭度图算法的滚动轴承故障特征准确提取。仿真和试验结果验证了本方法的有效性。     

基于循环谱相关的编码器信号滚动轴承故障检测EI北大核心CSCD

针对振动传感器安装受限的场合,结合编码器信号的优势,以编码器瞬时角速度(instantaneous angular speed, IAS)为信号,提出一种基于编码器IAS信号诊断特征(diagnostic feature, DF)指标的循环谱相关(cyclic spectral correlation, CSC)优化解调频带选取算法。首先利用向前差分法估计编码器信号获得轴承的IAS信号,并利用CSC得到IAS信号的双变量谱;然后按照初始子频带带宽为循环频率积分区间得到子频带改进包络谱(improved envelope spectrum, IES),并计算子频带IES的DF数值获得DF曲线;再通过评判DF数值合并子频带得到优化解调频带;最后利用包络分析提取滚动轴承故障特征阶次。通过仿真和轴承实测数据验证了所提方法的有效性。     

基于无迹卡尔曼滤波的动态贝叶斯小波变换在轴承故障诊断中的应用

针对工程实际中滚动轴承发生故障的类型具有典型性和故障信号具有冲击性,且振动信号的频率成分因外界环境的影响而变得极其复杂的特点,提出了一种基于负熵和无迹卡尔曼滤波的动态贝叶斯小波变换方法。该方法将SE(Squared Envelope) Infogram方法应用到无迹卡尔曼滤波方法(Unscented Kalman Filter, UKF)中,利用SE Infogram确定滤波器参数初值,即中心频率与带宽的初值,结合UKF对中心频率与带宽进行优化,以最优中心频率与带宽对振动信号进行滤波分析,对滤波后的信号进行包络解调分析,实现轴承微弱故障特征的提取。利用负熵指标代替以往研究所用的峭度指标,可以有效消除或削弱高峰值干扰的影响。最后,通过对仿真信号和轮对轴承试验信号对提出的方法进行了验证。结果表明,该方法能够有效提取强背景噪声下轴承外圈、内圈故障和滚动体故障,验证了该方法对轴承微弱故障诊断的有效性。     

变转速下对数平方包络谱在滚动轴承故障诊断中的应用

变转速工况下,转速变化会导致不同时间段峭度值出现变化,且高脉冲噪声会导致振动信号的峭度值突然变大。这些因素削弱了快速谱峭度图(Fast kurtogram,简称FK)方法提取微弱故障特征方面的性能,为了克服这些缺陷,提出一种基于对数平方包络谱的新特征--对数包络阶次循环分量(Log-envelope Order Cyclic Content,简称LEOC),构造出一种对数包络阶次循环分量图(Log-envelope Order Cycligram,简称LEOCgram)。首先使用1/3二叉树结构对原始信号进行多层次滤波,并计算每一组滤波子信号的平方包络。然后,通过计算阶次跟踪(Computed Order Tracking,简称COT)技术对每一组的平方包络序列进行角域重采样,计算每一组滤波信号的对数平方包络谱并进行自相关分析得到可能的故障特征阶。最后计算LEOC值,LEOC最大值对应的频带即为最优解调频带。将最优解调频带作为滤波器的参数对原始信号进行滤波,通过对滤波后的信号进行包络阶次分析并根据包络阶次谱的阶次结构可以确定故障类型。仿真信号和试验轴承外圈故障信号的分析结果表明,该方法...     

基于参数优化VMD和增强多尺度排列熵的单向阀故障诊断

针对高压隔膜泵机械结构复杂,单向阀故障特征信息分布在多尺度上,单一尺度难以全面提取特征的问题,提出了一种基于参数优化变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)和增强多尺度排列熵(Enhanced Multi-scale Permutation Entropy,EMPE)的单向阀故障诊断方法。对单向阀振动信号进行VMD分解,以包络熵最小原则对其进行参数优化,获得既定的若干本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)分量;计算IMF分量的增强多尺度排列熵,构建故障特征值向量;利用基于变量预测模型的模式识别(Variable Predictive Model Based Class Discriminate,VPMCD)方法对故障特征值向量进行训练和识别,进而实现单向阀的故障诊断。仿真信号和工程实验分析表明,该方法可以准确地识别单向阀的故障类型,具有一定的可靠性和工程应用价值。     

基于最大相关峭度解卷积和谱峭度的滚动轴承声信号故障特征增强

采用滚动轴承的声学信号进行状态监测及故障诊断时,环境噪声、传递路径以及其它设备噪声会严重干扰目标信息的提取。针对这一问题,提出一种基于最大相关峭度解卷积和快速谱峭度图的滚动轴承声信号故障特征增强方法。该方法首先利用最大相关峭度解卷积算法对滚动轴承声信号进行解卷积,增强信号中每旋转一周时出现的脉冲信号,削弱噪声信号;然后将谱峭度作为指标,利用快速谱峭度对信号进行滤波分析,获得包含轴承故障信息最丰富的频带;最后对该频带进行包络提取特征频率。仿真及实验结果表明,相较于传统的包络解调,该方法在滚动轴承声信号故障特征提取方面具有更好的降噪性能和故障特征增强效果。     

谐波分解结合自互补Top-Hat变换的轴承微弱故障特征提取方法

针对轴承早期故障特征微弱,极易被背景噪声淹没而不能及时检测的问题,本文提出了基于谐波分解和自互补Top-Hat变换的轴承微弱故障特征提取方法。首先,通过改进广义谐波小波函数,使得信号分解后子带个数和带宽范围不受二进制分解方式的限制,并在此基础上应用谱峭度图方法确定信号中故障特征相对集中的最优频带;然后,对最优频带信号进行多尺度自互补Top-Hat变换,抑制背景噪声的干扰,突出微弱的故障冲击特征,并引入故障特征能量比的方法自适应确定最优结构元素的尺度;最后,通过包络解调提取出轴承微弱的故障特征。对仿真信号和实测轴承全寿命数据分析的结果表明,该方法能较为有效检测出轴承微弱的故障特征,具有较高的工程应用价值。     

双树复小波和双谱在轴承故障诊断中的应用

针对非线性、非平稳且包含强烈的噪声的轴承故障振动信号难以有效提取故障特征信息进行故障识别的问题,提出基于双树复小波变换和双谱的故障诊断方法。首先利用双树复小波变换将故障轴承振动信号分解为若干个不同频带的分量,选择出包含故障特征的分量;然后对该分量进行希尔伯特包络解调;最后对包络信号求其双谱图,从而有效地提取出故障信号的特征频率,准确地进行故障识别。滚动轴承故障实验和工程应用表明,该方法能有效地提取故障轴承的故障特征频率,并且几乎可以完全抑制噪声,验证了方法的可行性和有效性。     

基于双树复小波包峭度图的轴承故障诊断研究

针对传统包络谱和峭度图分析技术的缺陷,提出了一种基于双树复小波包峭度图的轴承故障诊断方法。该方法综合利用了双树复小波包变换和峭度图分析技术,克服了原峭度图方法只采用FIR和短时傅立叶变换滤波器的缺点,提高了从强噪声环境中提取瞬态冲击特征的能力。首先利用双树复小波包变换,将振动信号分解成不同频带的分量,然后计算各小波分量的谱峭度,再利用谱峭度的滤波器作用,计算最大峭度值对应分量信号的包络谱,根据包络谱就可识别齿轮箱轴承的故障部位和类型。齿轮箱轴承故障振动实验信号的研究结果表明：该方法不仅提高了信噪比和频带选择的正确性,而且能有效地识别轴承的故障。     

基于谐波小波包变换的齿轮箱包络解调分析

齿轮箱发生某些故障时所产生的非平稳信号具有多分量调制的特点,啮合分量及倍频受噪声干扰影响严重且相互交叠,信号频带较宽异常复杂,给故障诊断带来了很大的障碍。在研究谐波小波频段分解与Hibert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的实现过程。该方法首先对预处理后的信号进行三次样条插值并作必要的频谱分析;然后结合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;继而确定谐波小波包分解层数与提取的频带带宽,再通过傅立叶变换及反变换得到相应的特征啮合分量;最后采用Hilbert算子对提取出的啮合分量进行包络解调分析。将该方法应用到实际齿轮箱的磨损及点蚀故障的诊断试验中,验证了该方法对任意频段调制信息的精确提取能力,为齿轮箱故障源及故障程度的准确定位提供了可靠的判断依据。     

基于滤波器组分解的周期性振动冲击信号解调方法及其应用

针对离散小波包变换用于振动信号解调分析存在的不足,构造了一种具有线性相位的两通道正交镜像对称滤波器组(QMF)用于信号解调分析;与同阶的小波滤波器相比,此QMF滤波器不仅滤波性能更优,而且其滤波系数的求取更加便捷.为了解决常规两通道滤波器组分解算法中存在的子带信号组频带错位问题,引入了无频带错位的QMF滤波器组分解算法.基于此分解算法,提出了一种用于早期故障自动检测的振动信号解调新方法.该方法在考虑各组子带信号能量大小的基础上,按修正的归一化峭度(MKv)最大化准则自动选择一组含有丰富故障信息的子带信号进行Hil-ben包络谱分析提取故障特征.利用该方法对仿真和实际轴承故障信号进行了解调分析,分析结果表明,该方法可以有效地检测出轴承故障.     

基于双树复小波包自适应Teager能量谱的滚动轴承早期故障诊断

针对滚动轴承早期故障特征信息难以识别以及带通滤波器参数设置依赖使用者经验等造成共振带不能有效确定并自适应提取的问题,提出了频带幅值熵的概念。在此基础上,将双树复小波包变换和Teager能量谱结合,提出了基于双树复小波包变换自适应Teager能量谱的早期故障诊断方法。该方法首先利用双树复小波包将采集到的振动信号进行分解,并计算各子带的频带幅值熵。然后将熵值按升序排列后依次作为阈值,提取频带幅值熵大于或等于阈值的子带,依据峭度指标确定最佳熵阈值和双树复小波包最佳分解层数,从而自适应并有效地提取出共振带。最后对共振带进行Teager能量谱分析,即可从中准确地识别出轴承的故障特征频率。通过信号仿真与工程实验数据分析验证了该方法的有效性与优越性。     

基于VMD与不同包络阶次构造的风电机组滚动轴承故障诊断

针对风电机组变工况滚动轴承故障诊断问题,将变分模态分解（variational mode decomposition,VMD）与计算阶比跟踪（computed order tracking,COT）、逆包络阶次谱（reversed sequence squared envelope spectrum,RE-SES）2种方法结合进行包络阶次分析;将非平稳的时间域信号转换成平稳的角度域信号,再经包络法找出滚动轴承故障特征信息。仿真与实验结果表明,VMD结合RE-SES包络阶次法可以更加有效地提取出调幅信号中的调制阶次,并且VMD滤波可以使得故障特征阶次更加凸显,易于故障识别,为风电机组变速工况下的滚动轴承故障诊断提供参考。     

基于VMD和Infogram的滚动轴承故障特征提取EI北大核心CSCD

带通滤波器参数(中心频率和带宽)选取是共振解调的关键,针对快速峭度图找寻的中心频率偏大、带宽过宽的问题,提出Infogram(信息图)用于确定滤波器参数;并利用变分模态分解(Variational Mode Decomoposition,VMD)预先对信号进行重构,以减少噪声对信息图的影响,增强其应用效果。对轴承故障振动信号进行变分模态分解得到有限个模态分量,根据模态选取准则确定包含故障信息较多的模态分量进行信号重构,再应用信息图确定最佳共振频带的中心频率和带宽,并对重构信号进行带通滤波和包络谱分析,识别轴承故障特征频率。仿真分析和轴承外圈模拟故障试验验证了该方法的有效性。