基于Teager-Huang变换的转子局部碰摩故障诊断

针对转子碰摩故障诊断问题,提出一种基于Teager-Huang变换的转子局部碰摩故障特征提取方法,该方法首先通过经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)将原始振动信号分解为若干个本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)分量,然后利用Teager量算子计算IMF分量的瞬时幅值和瞬时频率,得到故障信号的时频分布信息。通过转子局部碰摩故障诊断实例分析结果表明Teager-Huang变换方法比Hilbert-Huang变换方法能更好地追踪转子碰摩的发生,并能有效提取转子碰摩故障特征,验证了该方法的有效性。     

EMD方法在转子局部碰摩故障诊断中的应用

针对转子系统局部碰摩故障振动信号的特征，将经验模态分解方法（Empirical Mode Decomposition，简称EMD）应用于转子局部碰摩故障诊断中。采用EMD方法对转子振动信号进行分解，实现碰摩、背景和噪声信号分离，从而提取转子系统局部碰摩振动信号的故障特征。试验分析结果表明，对具有局部碰摩故障的转子振动信号进行EMD分解得到的基本模式分量（IMF）具有明显的调幅特性，而其他状态下的转子振动信号经过EMD分解后得到的IMF分量没有明显的调幅特性。因此，EMD方法可以有效地应用于转子系统局部碰摩故障诊断中。     

基于Hilbert-Huang变换的转子碰摩故障特征分析

Hilbert-Huang变换(HHT)得出的时频图是分析非平稳信号的有效工具.应用HHT时频方法对转子早期局部碰摩和全局碰摩故障信号进行了分析,与传统的频谱分析比较表明:HHT时频方法具有良好的时频聚集性,能够很好地反映转子系统早期故障信号的时频特征,可以有效地对转子系统碰摩早期故障进行诊断.通过对全局碰摩故障信号分析,说明碰摩过程中摩擦力是不均匀的,碰摩接触面积的增大在时频图上表现为基频成分的波动变化加剧和高频成分的增加.基于HHT的三维谱图和时频亮度谱图能清晰地显示碰摩故障的频率、时间和振幅信息,为工程实际中转子系统的早期碰摩故障诊断和全局碰摩特征分析提供了有效的依据.     

自适应无参经验小波变换及其在转子故障诊断中的应用

为了实现经验小波变换中Fourier谱的自适应分割,提出了自适应无参经验小波变换(APEWT)方法。同时,为了克服希尔伯特变换解调的不足,更精确地估计信号的时频分布,提出了改进归一化希尔伯特变换(INHT)。通过分析仿真信号将APEWT和INHT方法与经验模态分解(EMD)、总体平均经验模态分解(EEMD)和局部特征尺度分解等方法进行对比,结果表明了APEWT和INHT方法的优越性。最后,将基于APEWT和INHT的时频分析方法应用于转子局部碰磨故障诊断,试验数据分析结果表明,所提出的方法不仅能够有效地诊断转子局部碰磨故障,而且诊断效果优于EMD和EEMD方法。     

基于VMD与Hilbert谱的旋转机械碰摩故障诊断方法

为了有效地诊断旋转机械中的碰摩故障,提出了基于变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)与Hilbert谱分析的故障诊断方法。首先,利用VMD将碰摩故障信号自适应地分解为若干个不同频率段的本征模态函数(intrinsic mode function,简称IMF),并与集合经验模态分解(ensemble empirical mode dcomposition,简称EEMD)的处理结果进行对比分析;然后,在VMD分解的基础上,利用Hilbert谱对故障信号的时频特性进行分析。实验结果表明:与传统的频谱分析相比,该方法不但可以准确反映故障信号的频率成分,而且可以反映频率随时间的变化情况;与EEMD相比,该方法可以有效抑制模态混叠,更加准确地反映故障信息,从而验证了该方法的可行性与有效性。     

基于提升小波和局域波的故障特征提取

针对局域波分解过程中由于噪声导致模态混叠问题,应用提升小波变换对信号进行预处理,消除噪声对局域波分解的影响,改善了局域波分解质量,避免了局域波分解过程中虚假模式分量的产生.对于转子系统碰摩故障诊断中微弱冲击性故障特征难于提取的问题,应用该方法对转子振动测试信号进行分析,然后对分解得到的高频基本模式分量进行Hilbert包络解调分析, 可以得到冲击响应信号出现的周期,准确提取了转子碰摩故障的特征信息.转子碰摩故障实验数据的分析结果证明了方法的有效性,可望应用于工程实际.     

基于改进EMD和FastICA的旋转机械耦合故障诊断方法研究

为研究旋转机械的耦合故障诊断问题,提出一种新的经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)改进方法。该方法采用分段三次Hermite插值解决包络线过冲和欠冲问题[10],并结合斜率再优化的极值点延拓加窗函数实现端点效应抑制,进而对EMD分解中包络线拟合的结果进行优化,得到更加精确的内禀模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)。运用包络解调对IMF进行处理,再基于负熵的快速独立分量分析(Fast Independent Component Analysis,Fast ICA)方法对所得到的解调信号进行分离,最后求解分离信号的包络谱,通过谱分析确定故障的特征频率,实现故障诊断。通过转子不对中-碰摩耦合故障诊断仿真实例表明,该方法能够提取出故障系统转子圆盘振动信号中存在的倍频、分频及2倍频峰值,与不对中-碰摩耦合故障特征吻合,证明了该方法的有效性。     

APEEMD及其在转子碰摩故障诊断中的应用

总体平均经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)是抑制经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)模态混叠的有效方法,针对EEMD分解效果依赖于添加噪声的大小、筛分次数和总体平均次数等参数的选择及噪声残留大、分解不完备等问题,提出了自适应部分集成经验模态分解。该方法通过成对地向目标信号加入自适应噪声,并对每个内禀模态函数(intrinsic mode function,简称IMF)自动选择筛选次数,通过排列熵检测筛分出高频IMF,再对剩余信号进行EMD分解。将提出的方法应用于仿真和转子碰摩故障试验数据分析,结果表明提出的方法能够有效地应用于转子碰摩故障诊断,而且在分量的精确性、完备性和模态混叠的抑制等方面优于EEMD方法。     

基于BP-AdaBoost的耦合碰摩故障特征识别研究

旋转机械故障诊断研究中,采用BP神经网络容易陷入局部极小点而无法得到全局最优解,导致对耦合碰摩故障分类识别率不高的问题。研究了经验模态分解方法和BP-Ada Boost方法,结合二者优点,提出了一个故障识别的新方法,首先为了去除背景信号和噪声信号,选用经验模态分解方法来分解转子的振动信号,得到转子系统碰摩信号的主要故障特征,然后用BP-AdaBoost模型对3种不同工况进行识别。基于实验数据的分析表明方法的识别率要优于BP神经网络。     

基于信号共振稀疏分解的转子早期碰摩故障诊断方法

提出了基于信号共振稀疏分解的转子早期碰摩故障诊断方法,该方法用信号共振稀疏分解从转子系统振动信号中提取早期碰摩冲击信号。与常规的基于频带划分的信号分解方法不同,信号共振稀疏分解方法根据信号中各成分品质因子的不同,将信号分解成高共振分量和低共振分量。当转子出现早期碰摩故障时,振动信号由以转频及谐波为主要成分的周期信号、包含转子故障信息的瞬态冲击信号以及噪声组成。周期信号为窄带信号,具有高的品质因子,可分解为高共振分量;瞬态冲击信号为宽带信号,具有低的品质因子,可分解为低共振分量。利用信号共振稀疏分解方法从转子早期碰摩信号中提取冲击成分,根据冲击的周期可进行转子早期碰摩故障诊断。算法仿真和应用实例验证了该方法从转子系统中提取早期碰摩冲击信号的有效性。
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结合复小波包变换及频谱校正的机械转子碰摩故障诊断方法研究

针对机械转子系统中碰摩故障发生时故障特征微弱及识别困难的问题,提出一种结合双树复小波包变换及频谱校正的故障诊断方法。首先对于振动位移信号中工频基波成分,采用频谱加矩形窗的频谱校正方法识别其谐波信息,通过构造补偿信号进行对消,以减少其对后续特征提取的影响。其次通过双树复小波包对补偿过的信号进行多尺度分解;最后对小波包子空间信号进行希尔伯特包络解调分析,通过瞬时幅值及瞬时频率信息诊断转子的动静碰摩故障。在转子实验台上进行了实验验证,结果表明提出的方法能有效提取转子碰摩产生的微弱故障特征。     

基于VMD的Volterra模型奇异值熵的转子故障诊断方法

针对转子故障信号的非平稳性以及敏感故障特征无法有效提取的问题,将变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)的Volterra模型和奇异值熵相结合,提出一种故障诊断方法。对影响VMD分解准确性的参数选取方法进行了深入研究,给出了相关问题的解决策略。首先,对不同工况下转子实测信号进行VMD分解,利用能量熵增量选取对故障特征敏感的固有模态函数(intrinsic mode function,IMF)进行相空间重构,以建立Volterra自适应预测模型,将模型参数作为初始特征向量矩阵。然后,对初始特征向量进行奇异值分解以获取奇异值熵和奇异值特征向量矩阵,用于描述转子的故障特征。最后,采用模糊C均值(fuzzy c-means,FCM)算法对转子工作状态和故障类型进行识别。试验结果表明,所提方法可有效实现转子故障的特征提取及类型识别。通过同经集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)相比,证明了该方法具有更有效的故障特征提取性能,是一种可行的方法。     

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。     

均值优化经验模态分解及其在转子故障诊断中的应用

经验模态分解（Empirical mode decomposition,EMD）作为一种自适应的信号分解方法已经被广泛应用于诸多工程领域。为了提高EMD的分解性能,分别考虑从不同权值均值曲线的迭代筛分结果中选择正交性最小以及从每层内禀模态函数迭代结果中选择最优以保证整体分解最优,发展了两种均值优化经验模态分解（Mean-optimized empirical mode decomposition,MOEMD）算法。通过仿真信号分析,将MOEMD方法与EMD等现有信号分解方法进行了对比,结果表明,MOEMD方法在分解性能和分解精度方面比EMD等方法有显著提高。最后,将MOEMD方法应用于转子碰摩故障信号分析,并与EMD进行了对比分析,结果表明,MOEMD方法不仅能够有效地识别转子碰摩故障,而且识别效果优于EMD方法。     

柴油机振动信号快速稀疏分解与二维特征编码

针对柴油机故障诊断方法中的信号时频表征及特征提取问题,提出一种基于振动信号快速稀疏分解与二维时频特征编码识别的柴油机智能故障诊断方法。首先,为了获得时、频聚集性优良的时频图像,提出一种随分解残差信号自适应更新Gabor字典的改进匹配追踪(adaptive matching pursuit,简称AMP)算法,利用AMP算法将柴油机振动信号分解后叠加各原子分量的Wigner-Ville分布,获取原信号的稀疏分解时频图像;然后,为提取时频图像的特征参量,提出了双向二维非负矩阵分解(two-directional,2-dimensional non-negative matrix factorization,简称TD2DNMF)算法,用于对时频图像的幅值矩阵进行特征编码,获取蕴含在时频图像内部的低维特征,并利用最近邻分类器实现了时频图像的自动分类识别。将提出的方法应用于4种不同状态柴油机气门故障的诊断试验中,结果表明,该方法能够获得无交叉项干扰、聚集性好的时频图像,使各时频分量的物理意义更加明确,并改进了传统图像模式识别中的特征参数提取方法,是一种有效的柴油机故障诊断方法。     

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。     

机械转子动静碰摩故障的EMD分解Hilbert包络谱分析

为避免碰摩故障对旋转机械的影响,针对转子系统局部碰摩的特征,提出一种基于EMD分解Hilbert包络谱分析方法。该珐利用EMD方法分解含有碰摩故障的振动信号,提取出的IMF分量有明显的调幅特征,再对其中突出的IMF分量进行Hilbert包络谱分析提取出故障特征频率。与倒谱分析相比,得到的碰摩故障信息更加精确;与小波分析相比,能更容易提取出真实的故障特征。     

基于机匣加速度信号的航空发动机转静碰摩部位识别

提出了基于机匣加速度信号的航空发动机转静碰摩部位识别方法。利用航空发动机转子试验器模拟了大量不同部位的碰摩,将小波局部极大模归一化能量与直接提取的机匣加速度信号归一化均方值输入至支持向量机中,以进行识别验证及对比分析。结果表明,小波局部极大模方法提取的归一化能量特征比直接提取的加速度信号均方值能更加有效地进行转静碰摩部位的识别。