基于信号共振稀疏分解的阶比分析及其在齿轮故障诊断中的应用

为从非平稳转速齿轮箱故障振动信号中有效提取包含故障信息的特征频率,提出一种基于信号共振稀疏分解的阶比分析方法。故障齿轮振动信号中主要包括瞬态冲击成分和周期谐波,该方法先采用信号共振稀疏分解方法将信号分解为高共振分量和低共振分量,提取出故障冲击信号,然后采用线调频小波路径追踪算法对原信号提取转频信息,利用转频对提取的故障冲击信号进行阶比分析,从而得到故障诊断结果。非平稳转速齿轮故障诊断实例表明,该方法可有效提取冲击信号,诊断转速波动齿轮的故障。     

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。     

MCKD和RSSD在滚动轴承早期故障诊断中的应用

由于干扰噪声较强,共振稀疏分解在滚动轴承早期故障阶段并不能有效提取瞬态冲击成分。针对此问题提出基于最大相关峭度解卷积（Maxim Correlated Kurtosis Deconvolution,MCKD）和共振稀疏分解(Resonance Sparse Signal Decomposition,RSSD)相结合的故障特征提取方法。该方法首先利用MCKD对振动冲击信号进行处理,有效降噪并突出故障信号尖脉冲,然后使用共振稀疏分解将信号分解成包含谐波信号的高共振分量与包含瞬态冲击信号的低共振分量,最后利用包络功率谱根据低共振分量提取故障特征频率。通过仿真和试验验证了该方法可以准确提取故障特征频率,凸显故障特征。     

基于最优品质因子信号共振稀疏分解的滚动轴承故障诊断

滚动轴承常常在复杂工况下工作,当滚动轴承出现局部故障时,其振动信号中除了与故障信息相关的周期性瞬态冲击成分外,还包含轴转频等谐波成分和背景噪声。因此,在滚动轴承故障早期,对滚动轴承振动信号直接进行包络解调分析往往效果不佳。针对上述问题,提出了基于最优品质因子信号共振稀疏分解的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先以信号共振稀疏分解低共振分量的峭度最大为目标,利用遗传算法对信号共振稀疏分解方法的品质因子进行优化,得到最优品质因子;然后利用最优品质因子对轴承振动信号进行信号共振稀疏分解,得到高共振分量和低共振分量;最后对低共振分量进行希尔伯特解调分析,提取轴承故障特征频率,进而诊断滚动轴承故障。仿真信号和试验信号的分析结果表明,该方法能有效提取轴承故障振动信号中的冲击成分,诊断轴承故障。     

局部均值分解在旋转机械复合故障诊断中的应用

针对旋转机械复合故障振动信号的非平稳特征,开展一种基于局部均值分解(local mean decomposition, LMD)的旋转机械复合故障诊断方法研究。该方法首先通过局部均值分解方法将振动信号分解为若干个PF分量(product function)和一个残余分量之和,然后通过计算各PF分量与原始复合故障信号的相关系数来确定包含故障特征信息的主要成分;最后针对主要成分中的低频分量进行频谱分析从而提取轴的故障特征。针对主要成分中的高频分量采用包络谱分析提取调制故障特征,即提取轴承故障特征。对齿轮箱的轴承、轴复合故障振动信号的分析结果表明了该方法的有效性和可行性。     

变分模态分解和K-L散度在振动筛轴承故障诊断中的应用

振动筛属于振动机械设备中的筛分设备,其结构特点与运行原理与一般的旋转机械有很大不同,因此提取出的振动信号同从旋转机械提取出的振动信号也同样有较大区别,主要体现在信号中不仅存在大量背景噪声,而且成分也较为复杂。对于此类信号,模态分解算法是个行之有效的方法,模态分解算法在去除大量高频噪声的同时,还能将振动信号分解成一系列具有单一成分的模态分量,从而能更好发现振动信号的物理意义。基于此,引入一种新的故障诊断方法,首先利用变分模态分解将故障信号分解为若干个窄带模态分量,然后根据K-L散度值选定最佳的分量,最后进行包络运算得出故障频率。通过仿真模拟实验与振动筛轴承故障诊断的实际应用,并与之前的经典模态分解算法——经验模态分解和集成经验模态分解进行对比,发现该算法更具有优越性和实用性。     

基于参数化滤波的旋转设备特征频率提取EI北大核心CSCD

针对强背景噪声下的特征提取问题,提出一种基于参数化滤波的旋转设备特征频率提取方法。对目标特征频率进行瞬时频率的初步提取;利用傅里叶基函数对初始瞬时频率进行拟合,得到所需特征频率的瞬时频率;根据提取出的瞬时频率和瞬时幅值重构出提取后的频谱图,从而达到对噪声进行抑制并准确提取所需特征频率的目的。使用仿真信号验证了该方法的有效性,对齿轮传动系统中行星齿轮箱振动数据、轴承外圈故障振动数据及轴承外圈早期故障进行试验分析。结果表明,该方法能有效提高信号的信噪比,准确提取特征频率,增强故障特征。     

基于NeighCoeff和Hilbert包络分析的行星齿轮箱太阳轮故障诊断

针对行星齿轮箱的振动信号易受噪声干扰、信号成分复杂以及太阳轮易发生故障的问题,提出了基于小波相邻系数(Neigh Coeff)和Hilbert包络相结合的行星齿轮箱太阳轮故障诊断方法。建立了太阳轮局部故障的振动信号仿真模型,模拟噪声干扰下的太阳轮故障,利用Neigh Coeff对含噪信号降噪,对降噪后的信号进行Hilbert包络解调处理。仿真结果可得到更为清晰的频谱,证明该方法能够有效提取受噪声影响的故障特征频率。将该方法应用到行星齿轮箱太阳轮的故障诊断实验中,通过对太阳轮正常、断齿和磨损三种故障下振动信号进行实验,准确识别太阳轮故障,结果表明应用该方法能够有效地提高太阳轮故障诊断的准确性。     

级联双稳随机共振和基于hermite插值的局部均值分解方法在齿轮故障诊断中应用

针对于弱信号在齿轮故障中难以提取问题,提出了一种基于级联双稳随机共振 (Cascaded Bistable Stochastic Resonance,简称CBSR)降噪和局部均值分解（Local Mean Decomposition,简称LMD）齿轮故障的诊断方法。随机共振可有效削弱信号中的噪声,利用噪声增强故障信号的微弱特征;LMD方法可自适应将复杂信号分解为若干个具有一定物理意义上PF分量之和,适合处理多分量调幅调频信号。首先将振动信号进行CBSR消噪处理,然后对消噪信号进行LMD分解,通过PF分量的幅值谱找到齿轮的故障频率。通过齿轮磨损故障诊断的工程应用,表明该方法可以有效提取齿轮故障微弱特征,实现齿轮箱的早期故障诊断。       

基于信号共振稀疏分解的包络解调方法及其在轴承故障诊断中的应用

提出了基于信号共振稀疏分解的包络解调方法,并将其应用到轴承故障诊断中.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.当轴承出现损伤时,振动信号由以包含轴承自身振动的谐振信号、包含轴承故障信息的瞬态冲击信号以及噪声组成.谐振信号为窄带信号,具有高的品质因子,可分解为高共振分量;而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.基于信号共振稀疏分解的包络解调方法首先利用信号共振稀疏分解方法将信号分解成高共振分量、低共振分量及残余分量,再对低共振分量进行包络解调分析,根据包络解调谱进行轴承故障诊断.算法仿真和应用实例表明该方法能有效地提取轴承故障信号中的冲击成分,凸显故障特征.     

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。     

基于局部均值分解与形态谱的旋转机械故障诊断方法

针对旋转机械不同类型故障会使振动信号具有不同形态特征及振动信号信噪比低等特点,提出基于局部均值分解（Local Mean Decomposition,LMD）与形态谱的旋转机械故障诊断方法。其中的LMD能对旋转机械原始振动信号进行降噪处理,而形态谱则能反映振动信号的形态特征,从而能判断旋转机械的工作状态。将该方法用于转子系统故障诊断,分析结果表明,该方法能有效提取旋转机械故障振动信号的故障特征,能准确识别旋转机械的故障状态。     

利用小波尺度谱同步平均的时频脊故障特征提取

旋转机械的早期故障特征微弱,容易受到噪声的干扰,不容易准确识别。小波尺度谱存在受噪声干扰影响大、高频部分频率分辨率低等缺点, 对小波尺度谱进行重排可以提高其时频聚集性。为此,结合小波尺度谱同步平均和小波脊线分析的优点,提出了基于时频脊线特征提取方法。首先对多周期的振动信号进行小波连续变换,并重排小波尺度谱;再根据信号的周期性,对尺度谱进行同步平均;最后提取同步平均后的尺度谱小波脊线,计算信号的包络幅值并进行频谱分析,最终提取出弱故障特征。通过仿真和实例验证了本方法的有效性,为旋转机械的早期故障诊断提供了新方法。     

基于MCKD和重分配小波尺度谱的旋转机械复合故障诊断研究

针对强噪声环境下旋转机械复合故障信号难于提取与分离的问题,提出了基于最大相关峭度解卷积(Maximum Correlated Kurtosis Deconvolution,MCKD)和重分配小波尺度谱的旋转机械故障诊断方法。机械信号中存在的噪声会降低重分配小波尺度谱的时频分布可读性,故先要对信号进行MCKD降噪,同时从振动信号中分离出各个故障成分,然后进行Hilbert变换得到包络成分,最后再对包络成分进行重分配小波尺度谱分析,根据尺度图中冲击成分的周期诊断转机械复合故障,算法仿真和应用实例验证了该方法的有效性。     

Fault Diagnosis Method for Rolling Element Bearings Under Variable Speed Based on TKEO and Fast-SC

With rotating speed of rotating machinery, it is difficult to maintain stability in practical work which brings many difficulties to the condition monitoring of rotating machinery. When rolling element bearings work under variable speed, the corresponding vibration will contain obvious non-stationary characteristics, along with the presence of strong background noise, which makes it difficult for some traditional spectrum analysis methods to identify the characteristic frequency of bearings fault. In spite of the existence of strong non-stationary characteristics, the bearing fault signal has some hidden periodic components in the angle domain which makes it possible to extract the fault feature of bearings by means of spectral correlation analysis. Therefore, a fault feature extraction method based on Teager–Kaiser energy operator (TKEO) and fast spectral correlation (Fast-SC) in angle domain is proposed in this paper; Fast-SC is a newly proposed spectral correlation calculation method which can effectively improve the efficiency of computing; Teager–Kaiser energy operator can enhance the transient impact which also has a fast computing speed. In this paper, the instantaneous speed of each time is estimated by the time–frequency analysis method based on short-time Fourier transform and then, the original time-domain signal is resampled in angle domain; the TKEO is used to strengthen the fault impact components in signal; finally, the Fast-SC is applied to the strengthened signals, the enhanced envelope spectrum is calculated, and the fault features of rolling bearings are extracted. The effectiveness of the method is verified by measured signals.     

基于级联双稳随机共振和多重分形的机械故障诊断方法研究

对级联双稳随机共振的滤波特性进行了对比和分析,利用这种特性,结合广义维数对信号非线性特征的度量能力,提出了基于级联双稳随机共振和多重分形的机械故障诊断方法。实验结果证明,该方法可以有效的消除高频噪声,增强低频段信号的能量,由此得到的分形维数比较准确,能够更加精确地度量机械振动信号的非线性特征,从而达到机械故障诊断的目的。     

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。