基于NLSTFT与TSA相结合的风电齿轮箱故障诊断

针对变工况风电齿轮箱振动信号存在频谱频率模糊问题,以及传统时域同步平均方法需要键相信号及转速稳定要求.提出了一种不需要键相信号可跟踪变转速振动信号瞬时频率的时域同步平均方法.该方法通过非线性短时傅里叶变换(Non-linear short-time fourier transform,NLSTFT)获取变转速齿轮箱振动信号瞬时频率曲线,积分得到瞬时相位曲线;根据瞬时相位对原始信号进行角域重采样,获得阶次信号;最后对阶次信号进行TSA处理进行齿轮故障诊断.以某机组的齿轮箱实测数据,有效地验证了所提方法在风电齿轮箱故障诊断中的有效性及工程实用性.     

基于阶次跟踪和变换时频谱的轴承故障诊断

综合利用阶次跟踪和Teager-Huang变换时频分析技术,进行齿轮箱起动过程轴承故障诊断.首先,对齿轮箱升降速瞬态信号进行时域同步采样,并对时域信号进行等角度重采样转化为角域平稳信号,再对角域信号进行EMD分解,将振动信号分解成不同特征时间尺度的单分量固有模态函数.然后,用Teager能量算子计算各固有模态函数的瞬时频率和瞬时幅值,进而得到Teager-Huang变换时频谱.通过对齿轮箱起动过程轴承故障振动信号的分析表明,该方法能有效地识别轴承故障.     

基于多项式Chirplet变换和变分模态分解的变转速工况轴向柱塞泵故障诊断

针对变转速工况轴向柱塞泵故障诊断时故障特征提取困难的问题,提出了基于多项式Chirplet变换和变分模态分解的诊断方法。首先使用多项式Chirplet变换估计瞬时频率;然后基于估计的瞬时频率重采样,将时域非平稳信号转化为角域平稳信号;最后对角域信号进行变分模态分解。根据峭度对所得的本征模态函数分量进行重构并作包络阶次谱分析,判断轴向柱塞泵中轴承的故障类型。实验结果表明,该方法有效提取了变转速工况轴向柱塞泵轴承的故障特征。     

基于VMD能量熵与SVM的行星齿轮箱故障诊断

由于行星齿轮箱振动信号的故障特征难被提取,故采用变分模态分解(VMD)能量熵与支持向量机(SVM)相结合的方式实现行星齿轮箱故障诊断.首先利用VMD方法将振动信号分解为不同尺度的内禀模态函数(IMF)并提取各IMF的能量熵值构成特征矩阵,其次利用粒子群算法(PSO)对支持向量机的惩罚因子和核函数优化,最后将特征矩阵输入支持向量机进行故障模式识别.通过行星齿轮箱的实验研究,验证了该方法的有效性并且识别准确率高达99.625％.     

基于VMD能量熵与SVM的行星齿轮箱故障诊断

由于行星齿轮箱振动信号的故障特征难被提取,故采用变分模态分解(VMD)能量熵与支持向量机(SVM)相结合的方式实现行星齿轮箱故障诊断.首先利用VMD方法将振动信号分解为不同尺度的内禀模态函数(IMF)并提取各IMF的能量熵值构成特征矩阵,其次利用粒子群算法(PSO)对支持向量机的惩罚因子和核函数优化,最后将特征矩阵输入支持向量机进行故障模式识别.通过行星齿轮箱的实验研究,验证了该方法的有效性并且识别准确率高达99.625％.     

基于VMD能量熵与SVM的行星齿轮箱故障诊断

由于行星齿轮箱振动信号的故障特征难被提取,故采用变分模态分解(VMD)能量熵与支持向量机(SVM)相结合的方式实现行星齿轮箱故障诊断.首先利用VMD方法将振动信号分解为不同尺度的内禀模态函数(IMF)并提取各IMF的能量熵值构成特征矩阵,其次利用粒子群算法(PSO)对支持向量机的惩罚因子和核函数优化,最后将特征矩阵输入支持向量机进行故障模式识别.通过行星齿轮箱的实验研究,验证了该方法的有效性并且识别准确率高达99.625％.     

齿轮箱起动过程故障诊断

针对齿轮箱升降速过程中振动信号非平稳的特点,将阶次跟踪、角域平均和Teager能量算子分析技术相结合,提出了基于阶次跟踪和Teager能量算子分析的齿轮箱故障诊断方法.首先对齿轮箱升降速瞬态信号进行时域同步采样,再对时域信号进行等角度重采样,转化为角域平稳信号,然后对角域信号进行角域平均和带通滤波,以消除干扰噪声的影响,最后由Teager能量算子计算振动信号的瞬时频率和瞬时幅值,根据瞬时频率和瞬时幅值图,就可提取齿轮的故障特征.通过对齿轮齿根裂纹故障试验信号的分析,表明该方法能有效地诊断齿轮的裂纹故障.     

基于线调频小波路径追踪阶比跟踪算法的齿轮箱故障诊断研究

针对阶比跟踪转速获取硬件方法需要额外安装转速测量设备,软件方法精度不高、抗噪能力弱的问题,提出基于线调频小波路径追踪瞬时频率估计的齿轮箱阶比跟踪故障诊断方法。该方法利用基于线调频小波路径追踪瞬时频率估计算法适于分解频率呈曲线变化的非平稳信号的特点,采用其对齿轮箱的啮合频率分量进行估计以获取转速信号,依据转速信号对等时间间隔采样信号进行等角度重采样,将非平稳信号转化为角域平稳信号,得到振动信号的阶次谱,判断齿轮箱故障。仿真算例与应用实例表明上述方法在瞬时频率估计方面具有精度高和抗噪能力强的优点,可以根据信号自身的特点自适应的选择基函数,准确地对转速进行估计,其与阶比跟踪算法的结合能有效诊断齿轮箱故障。     

参数化的短时傅里叶变换及齿轮箱故障诊断

提出了一种基于快速路径优化的自适应短时傅里叶变换时频分析方法,并将该方法用于行星齿轮箱的故障诊断。该时频分析方法通过使用快速路径优化获得瞬时频率变化规律,在短时傅里叶变换过程中自适应的改变时窗长度,从而获得更恰当的时频分辨率。针对行星齿轮箱运行状态不稳定的特点,通过使用笔者提出的时频分析方法可以有效地提取出行星齿轮箱的转速信息,利用参考转速对故障信号角度域重采样和阶次分析,从而实现变转速情况下的行星齿轮箱故障诊断。仿真分析表明,与传统短时傅里叶变换相比基于快速路径优化的自适应短时傅里叶变换得到的时频分布能量更加集中;试验分析证明了基于快速路径优化的自适应短时傅里叶变换方法在行星齿轮箱故障诊断中的有效性。     

高速列车转向架区气动噪声分离研究

提出了一种基于快速路径优化的自适应短时傅里叶变换时频分析方法，并将该方法用于行星齿轮箱的故障诊断。该时频分析方法通过使用快速路径优化获得瞬时频率变化规律，在短时傅里叶变换过程中自适应的改变时窗长度，从而获得更恰当的时频分辨率。针对行星齿轮箱运行状态不稳定的特点，通过使用笔者提出的时频分析方法可以有效地提取出行星齿轮箱的转速信息，利用参考转速对故障信号角度域重采样和阶次分析，从而实现变转速情况下的行星齿轮箱故障诊断。仿真分析表明，与传统短时傅里叶变换相比基于快速路径优化的自适应短时傅里叶变换得到的时频分布能量更加集中；试验分析证明了基于快速路径优化的自适应短时傅里叶变换方法在行星齿轮箱故障诊断中的有效性。     

POVMD与包络阶次谱的变工况滚动轴承故障诊断

针对变转速滚动轴承故障特征提取较难的问题,提出一种基于参数优化变分模态分解(parameter optimized variational mode decomposition,简称POVMD)与包络阶次谱的变工况滚动轴承故障诊断方法。首先,采用POVMD对变转速滚动轴承振动信号进行分解,得到若干个本征模态函数之和;其次,对各个分量的时域信号进行角域重采样,将时变信号转化为平稳信号处理,再利用Hilbert变换估计重采样后的平稳信号的包络;最后,对得到的包络信号进行阶比分析,从谱图中读取故障特征信息。将POVMD方法与经验模态分解进行了对比,仿真信号分析结果表明了POVMD方法的优越性。将提出的变转速滚动轴承故障诊断方法应用于试验数据分析,分析结果表明,所提出的方法能够实现变转速滚动轴承的故障诊断,而且诊断效果优于现有方法。     

基于角域AR模型滤波的滚动轴承故障诊断

在齿轮噪源存在的变转速滚动轴承故障诊断过程中,因混合信号中转频分量相对较小,使得基于时频表达的阶比跟踪技术受到限制。虽然基于故障特征频率的角域重采样能提取轴承的故障特征,但这种算法不能确定故障位置,而且可能会出现误判。针对这一问题,提出了基于角域自回归(auto regressive,简称AR)模型滤波的处理方法。该方法利用线调频小波路径追踪算法从降采样处理的混合信号中提取齿轮瞬时啮合频率趋势线并估计转速,根据估计转速信息对原混合信号进行等角度重采样,获得了角域信号。利用角域信号中齿轮啮合振动成分具有周期性的特点,使用AR模型对其滤波,并且对滤波后信号进行包络阶比分析,完成故障判断。通过处理仿真信号和实验信号,验证了该方法不仅能有效地去除齿轮噪声,并且可以判断轴承故障位置。     

A new fault diagnosis algorithm for helical gears rotating at low speed using an optical encoder

Helical gears are widely used in gearboxes due to its low noise and high load carrying capacity, but it is difficult to diagnose their early faults based on the signals produced by condition monitoring systems, particularly when the gears rotate at low speed. In this paper, a new concept of Root Mean Square (RMS) value calculation using angle domain signals within small angular ranges is proposed. With this concept, a new diagnosis algorithm based on the time pulses of an encoder is developed to overcome the difficulty of fault diagnosis for helical gears at low rotational speeds. In this proposed algorithm, both acceleration signals and encoder impulse signal are acquired at the same time. The sampling rate and data length in angular domain are determined based on the rotational speed and size of the gear. The vibration signals in angular domain are obtained by re-sampling the vibration signal of the gear in the time domain according to the encoder pulse signal. The fault features of the helical gear at low rotational speed are then obtained with reference to the RMS values in small angular ranges and the order tracking spectrum following the Angular Domain Synchronous Average processing (ADSA). The new algorithm is not only able to reduce the noise and improves the signal to noise ratio by the ADSA method, but also extracts the features of helical gear fault from the meshing position of the faulty gear teeth, hence overcoming the difficulty of fault diagnosis of helical gears rotating at low speed. The experimental results have shown that the new algorithm is more effective than traditional diagnosis methods. The paper concludes that the proposed helical gear fault diagnosis method based on time pulses of encoder algorithm provides a new means of helical gear fault detection and diagnosis.     

变分模态分解在转子故障诊断中的应用

针对转子故障诊断问题,提出一种基于变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)的信号处理方法。该方法在获取分解分量的过程中通过迭代搜寻变分模型最优解来确定每个分量的频率中心及带宽,从而能够自适应地实现信号的频域剖分及各分量的有效分离,对各单分量信号进行希尔伯特变换,即可得到瞬时的频率和幅值信息。对仿真信号和典型转子故障信号进行VMD方法和经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)方法的分析比较,以验证所提方法的有效性。仿真信号的分解结果表明,变分模态能够准确分离出信号中的固有模态分量且不存在模态混叠;转子故障实验信号的分析结果表明,所提方法能够有效提取出明显的故障特征,从而准确诊断出转子存在的故障。     

改进时频分析和特征融合在内燃机故障诊断中的应用

针对基于内燃机振动信号的故障识别诊断问题，首先提出一种基于阈值筛选的变分模态分解(VMD)、玛基诺-希尔时频分布(MHD)的时频分析方法，该方法针对Cohen类时频分布存在的交叉干扰项问题，通过阈值筛选法确定VMD算法的分解层数，从而将内燃机振动信号分解成一系列单分量模态信号，然后对单分量信号进行MHD时频表征及线性叠加得到时频聚集性优良、物理意义明确的振动信号时频谱图。再通过局部非负矩阵分解(LNMF)对时频图像特征进行提取，将提取的特征与振动信号时域参数进行特征融合，得到融合特征向量。对支持向量机(SVM)采用改进粒子群优化算法进行参数优选，然后对特征向量进行训练和测试，实现了内燃机的故障识别诊断。将该方法应用于内燃机气门间隙故障8种工况下缸盖振动信号的识别诊断试验，结果表明，该方法能够对不同工况振动信号进行有效识别分类。通过参数优选，最高识别率达到了99.17%，同时对比传统的最近邻分类器的分类结果，证明了该方法的优越性。     

基于改进阶次分析与自适应VMD的变转速齿轮箱故障诊断研究

变转速齿轮箱由于工况复杂导致转频不稳定,齿轮箱的微弱故障信号可能会被掩盖在强噪声中,不能直接应用传统的时频分析方法,为故障特征的提取增加一定的难度.针对变转速信号的处理,传统的计算阶次分析方式(COT)很好地解决了变转速齿轮箱的故障特征难以提取出来的问题,但由于传统COT中所使用的重采样方法是基于样条插值法的,无法根据...     

基于VMD和LSTM模型的航空液压管路卡箍故障诊断

航空发动机液压管路-卡箍系统中卡箍振动信号具有非线性和非平稳性的特点,难以从卡箍故障信号中准确识别出其故障类型。针对该问题,提出了一种基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)-长短时记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)神经网络模型的智能故障诊断方法。首先,利用遗传算法对VMD的模态分量k值和惩罚因子α进行参数优化;然后,将优化后的VMD对卡箍故障振动信号进行分解处理;最后,将分解后的模态分量输入LSTM网络中进行特征学习,从而实现卡箍故障的识别。实验表明:该方法实现了对卡箍螺栓松动状态、根部断裂状态、衬垫磨损等3种典型故障的精准识别,故障总体识别准确率能够达到98.5%以上,有效地提高了航空液压管路卡箍故障识别的准确率。     

基于变分模态分解的风电齿轮箱轴承故障诊断方法

双馈异步风力发电机采用变转速变桨距的控制策略以保持风力最大功率捕获,风电齿轮箱时刻处于变速变载的恶劣工况,其关键部件极易受到损伤。针对齿轮箱轴承故障特征易受到风机变工况干扰的问题,提出了一种变分模态分解与瑞利熵相结合的特征分析方法,实现对风电齿轮箱高速轴轴承健康状态系数的估计。本文以双馈异步风机齿轮箱高速轴轴承作为研究对象,研究了其在变转速变负载工况下的外圈故障特性。通过对比振动信号的频域特征参数与小波包分解能量特征结果,证明变工况运行条件下变分模态分解与瑞利熵相结合的故障诊断方法能够有效地辨识故障轴承。