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。     

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EMD与谱峭度的滚动轴承故障检测改进包络谱分析

针对滚动轴承故障振动信号的调制特征和传统包络分析法的缺陷,提出一种基于经验模式分解(Empirical Mode Decomposition,简称EMD)和谱峭度(Spectrum Kurtosis,简称SK)的改进包络谱滚动轴承故障诊断方法。该方法首先对滚动轴承故障振动信号进行经验模式分解,将其分解为多个固有模式函数(Intrinsic Mode Function,简称IMF)之和,然后对各IMF分量傅里叶变换后取其绝对值,并计算其谱绝对值平方包络,在此基础上再计算不同频带IMF分量谱平方包络的峭度,最后利用谱峭度的滤波器作用,选取由轴承缺陷所引起的共振频率所在频带的IMF分量,自动构建最佳包络来进行故障诊断。将该方法应用到滚动轴承内圈缺陷的仿真故障数据和实际数据中,分析结果表明了该方法的有效性。     

改进增强峭度图和增强包络谱在滚动轴承故障诊断上的应用

针对滚动轴承故障诊断问题,在分析了基于二进制小波包分解的增强峭度图方法的不足后,提出了基于谐波小波包分解的改进增强峭度图方法。通过计算故障信号的改进增强峭度图,筛选出峭度值最大的最优节点,利用最优节点处的谐波小波包系数进行信号重构,并对重构信号做增强包络谱分析,利用故障特征频率的理论计算值与增强包络谱中峰值明显的谱线进行对比,从而对轴承故障类型做出判断。运用所提出的诊断方法分别对滚动轴承内圈故障模拟、实测信号进行分析,结果表明,该方法具有一定的可靠性,能够满足实际的工程需要。     

基于量子高斯混合模型的振动信号降噪方法

由于机械设备振动信号受到背景噪声的干扰,造成机械设备故障状态特征不明显,因此提出了一种基于量子高斯混合模型的振动信号降噪方法。首先,对振动信号进行双树复小波包变换,对双树复小波包系数建立高斯混合模型,根据贝叶斯最大后验估计准则,得到双树复小波包系数收缩函数;然后,利用双树复小波包系数父代和子代的空间相关性,结合量子叠加态理论计算噪声信号和有用信号小波系数出现的概率值;最后,根据量子叠加态得到的概率参数值调节高斯混合模型中的小波包系数收缩函数,使小波包系数自适应非线性收缩,提高高斯混合模型的局部自适应性,实现机械振动信号的降噪处理。仿真信号和实测行星齿轮箱振动信号实验结果表明,该方法能够有效地去除振动信号中的噪声,凸显机械设备的故障状态特征。     

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.     

基于双树复小波和奇异差分谱的滚动轴承故障诊断研究

针对滚动轴承故障振动信号中包含强烈噪声,很难提取故障特征频率的情况,提出了基于双树复小波和奇异差分谱的故障诊断方法。首先利用双树复小波将非平稳振动信号分解为几个不同频段的分量;然后对包含故障特征的分量构建Hankel矩阵并进行奇异值分解,求奇异值差分谱曲线,根据奇异值差分谱最大突变点来确定奇异值个数进行重构;最后再求希尔伯特包络谱,便能准确地得到故障频率。实验结果和工程应用表明,该方法可以有效地提取轴承故障的故障信息,提取出了故障特征,验证了方法的可行性和有效性。     

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...     

高速列车齿轮箱轴承故障诊断的自适应TQWT方法

齿轮箱轴承是高速列车传动系统中重要的零部件之一,其故障诊断对保障列车运行安全具有重要意义。轴承故障诊断主要依靠其故障特征的提取,因此提出基于改进谱峭度(improved spectral kurtosis,ISK)的自适应可调品质因子小波变换(TQWT)故障特征的提取方法。首先在谱峭度基础上引入包络谱熵,提出既能度量信号脉冲强度又能表征其周期性的ISK指标。文章提出的方法利用ISK在TQWT的品质因子Q与冗余因子r的取值范围内自动选取最佳Q、r参数,将信号分解成若干信号分量,并通过选取冲击特征丰富的分量信号进行合并、包络解调提取故障特征。仿真信号验证方法的可行性与有效性,将该方法运用于齿轮箱轴承故障诊断中,结果表明:该方法能挖掘原始信号中不易被发现的信息,使包络谱中故障特征丰富,能有效地诊断轴承故障。     

基于改进的自适应无参经验小波变换的滚动轴承故障诊断

为实现滚动轴承故障周期冲击特征的有效提取,解决经验小波变换Fourier谱分割存在的问题,提出了一种改进的自适应无参经验小波变换方法。首先,利用自适应无参经验小波变换对信号Fourier谱进行自适应分割;然后,利用峭度指标对谱边界进行合并,并重构滤波器组对信号进行分解;最后,选取峭度值最大的分量进行包络解调提取故障特征。仿真和工程应用验证了所提方法的有效性,分析结果表明该方法的性能优于集合经验模态分解和经典经验小波变换。     

基于双树复小波和奇异差分谱的齿轮故障诊断研究

针对故障齿轮振动信号的非平稳特征和包含强烈噪声,很难提取故障特征频率的情况,提出了基于双树复小波和奇异差分谱的故障诊断方法。首先将非平稳的故障振动信号通过双树复小波分解为几个不同频段的分量;由于噪声的影响,从各个分量的频谱中难以准确地得到故障频率。然后对包含故障特征的分量构建Hankel矩阵并进行奇异值分解,求奇异值差分谱曲线,确定奇异值个数进行SVD重构降噪,由此实现对故障特征信息的提取。最后再求希尔伯特包络谱,便能准确地得到故障频率。实验结果和工程应用表明,该方法可以有效地提取齿轮的故障特征信息,验证了方法的可行性和有效性。     

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。     

线性峭度图及其在滚动轴承故障诊断中的应用

作为表征信号冲击特征的常用指标,峭度容易受到少量大幅值异常数据或随机冲击的干扰,非常不利于滚动轴承、齿轮等旋转机械故障特征的提取。为更有效地表征信号的循环冲击特征,将线性峭度概念引入到滚动轴承故障特征表征中。同时,结合经验小波变换提出线性峭度图方法。该方法通过构造具有紧支撑的经验小波函数,将信号进行正交分解;随后,计算不同分解方案下子信号的线性峭度构建线性峭度图;最终,选择线性峭度最大的子信号进行平方包络分析实现故障特征的提取与增强。通过滚动轴承内外圈剥落故障的仿真与试验分析表明:线性峭度比峭度更适合表征信号的循环冲击特征。与基于传统峭度图方法和子频带谱峭度平均的峭度图方法相比,提出的线性峭度图方法在信号的分解与表征两方面都进行了改进,具有更强的循环冲击特征提取能力,具有更高的工程应用价值。但线性峭度图方法在滤波器组构建上效率相对较低,还有很大的提升空间。     

风力发电机轴承复合故障特征提取方法研究

针对较强背景噪声干扰下的风力发电机轴承复合故障特征难以准确提取的问题,提出了基于自适应最大相关峭度解卷积(AMCKD)的风力发电机轴承复合故障特征提取的方法。首先,利用人工鱼群算法(AFSA)以解卷积信号包络谱的相关峭度值为目标函数对最大相关峭度解卷积算法(MCKD)的影响参数自适应寻优;然后,将影响参数优化的MCKD对原始故障信号进行解卷积处理,对解卷积信号进行包络谱分析,通过包络谱中的主导频率成分与轴承各元件的故障特征频率相对比,准确实现轴承复合故障的诊断。仿真和工程应用实例验证了所提方法的有效性与实用性。     

基于MMSE和谱峭度的滚动轴承故障诊断方法

共振解调作为滚动轴承常用的故障诊断方法,存在带通滤波器参数难以确定的缺点,针对此缺点以及滚动轴承早期故障信号信噪比低的问题,结合最小均方误差估计方法(MMSE)和基于谱峭度的共振解调方法,并将其应用于滚动轴承早期微弱故障诊断中。首先用MMSE方法抑制白噪声来提高信噪比,然后利用谱峭度自适应确定最优带通滤波器参数,最后对带通滤波后的信号进行能量算子解调谱分析,得出诊断结果。数字仿真信号和实验信号验证了该方法的有效性。     

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。     

改进经验小波变换与最小熵解卷积在铁路轴承故障诊断中的应用

经验小波变换是一种小波框架下的自适应信号分解方法,对旋转机械的非线性、非平稳振动信号有很好的分解作用。针对传统经验小波变换过程中频谱划分过多的问题,提出根据互信息值对频谱进行重新划分与合并的方法,能有效减少频带数量;选择峭度值最大的分量进行信号重构,再使用最小熵解卷积对重构信号进行降噪;对降噪后的信号进行包络分析,能够有效地诊断出滚动轴承的微弱故障。通过仿真信号与铁路货车轮对轴承实验信号验证了该方法的有效性,为下一步工程应用奠定了基础。     

基于EEMD和参数自适应VMD的高速列车轮对轴承故障诊断

针对高速列车轮对轴承工作环境复杂,振动信号中时常伴有冲击性噪声和循环平稳性噪声,使得传统的参数自适应变分模态分解(variational modal decomposition,VMD)方法对轮对轴承的故障特征信息提取不准确的问题,提出了一种基于集成经验模态分解(ensemble empirical mode deco...     

基于均值包络ITD和谱峭度的特征频率提取方法

提出基于均值包络本征时间尺度分解(ITD)和谱峭度的特征频率提取方法。用于轴承故障诊断中,振动信号经均值包络ITD分解和重构,通过谱峭度选取故障共振频率带,最后比较包络谱与特征频率做出故障诊断。对美国凯斯西储大学滚动轴承数据的处理结果证明,该方法得到的谱线更加明显,诊断更加准确。