基于改进谐波小波包分解的滚动轴承复合故障特征分离方法

为解决滚动轴承单通道振动信号中复合故障特征难以分离的问题,提出了基于改进谐波小波包分解的轴承复合故障特征分离方法。首先,改进了二进谐波小波包分解方法,提出了连续谐波小波包分解方法,克服了信号分解后子带个数和带宽范围受二进制划分的缺陷;然后,采用谐波窗分解提取信号中频率成分集中的频段,根据轴承各单点故障特征频率确定分解层数,进行连续谐波小波包分解,利用能量算子包络解调得到子带信号中各个单点故障的权重因子;最后,重构轴承各单点故障信号,实现复合故障的特征分离和提取。对仿真信号和实测轴承内、外圈复合故障信号分析的结果表明,该方法能将轴承单通道复合故障信号分解到不同的通道中,实现了复合故障特征的分离,具有一定的工程实用价值。     

Improved CICA algorithm used for single channel compound fault diagnosis of rolling bearings

A Compound fault signal usually contains multiple characteristic signals and strong confusion noise, which makes it difficult to separate week fault signals from them through conventional ways, such as FFT-based envelope detection, wavelet transform or empirical mode decomposition individually. In order to realize single channel compound fault diagnosis of bearings and improve the diagnosis accuracy, an improved CICA algorithm named constrained independent component analysis based on the energy method (E-CICA) is proposed. With the approach, the single channel vibration signal is firstly decomposed into several wavelet coefficients by discrete wavelet transform(DWT) method for the purpose of obtaining multichannel signals. Then the envelope signals of the reconstructed wavelet coefficients are selected as the input of E-CICA algorithm, which fulfills the requirements that the number of sensors is greater than or equal to that of the source signals and makes it more suitable to be processed by CICA strategy. The frequency energy ratio(ER) of each wavelet reconstructed signal to the total energy of the given synchronous signal is calculated, and then the synchronous signal with maximum ER value is set as the reference signal accordingly. By this way, the reference signal contains a priori knowledge of fault source signal and the influence on fault signal extraction accuracy which is caused by the initial phase angle and the duty ratio of the reference signal in the traditional CICA algorithm is avoided. Experimental results show that E-CICA algorithm can effectively separate out the outer-race defect and the rollers defect from the single channel compound fault and fulfill the needs of compound fault diagnosis of rolling bearings, and the running time is 0.12% of that of the traditional CICA algorithm and the extraction accuracy is 1.4 times of that of CICA as well. The proposed research provides a new method to separate single channel compound fault signals.     

小波包分析在轴承早期故障诊断中的应用

为了识别轴承早期损伤引起的故障信号,利用小波包对轴承的振动信号进行处理。小波包分析的实质是对小波分解的结果作进一步细分,因而具有比小波分解高得多的频域分辨能力。文中用小波包分析了两个存在早期轻微损伤的轴承的振动信号,并比较了自然序、Gray序以及移频算法的处理结果。这些分析结果表明,小波包分析能够有效地将隐藏在正常振动信号之中的早期弱故障信号提取出来,从而发现轴承的早期损伤。     

基于小波包和AR谱分析的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承故障振动信号的非平稳性,提出了一种基于小波包和AR谱分析的滚动轴承故障诊断方法.该方法对系统输出信号进行小波包分解,然后进行重构,再对重构信号进行AR谱分析,从而提取出故障特征频率.试验结果表明,这种方法能有效地提取滚动轴承的故障特征,诊断其故障.     

基于虚拟仪器的滚动轴承故障诊断系统的设计

根据滚动轴承信号的特点,提出了一种基于小波包分解和共振解调技术相结合的滚动轴承故障诊断方法,并开发了基于虚拟仪器的故障诊断系统.首先采用小波包将信号进行分解,再利用共振解调技术分析小波包的高频段,以诊断轴承故障.然后运用LabVIEW图形化编程语言设计了相应的滚动轴承故障诊断程序,最后在ADBE-56-N4型交流电机上实测了6305型滚动轴承故障模拟信号,分析结果表明,该方法有效地提取了故障特征和诊断轴承故障,有很好的实用性和有效性.     

基于分形和小波包理论的滚动轴承故障诊断

为了提高滚动轴承故障分形诊断的准确性,利用仿真信号对不同数据长度和不同信噪比下信号的盒维数和关联维数的差异进行对比,发现两种分形维对不同信号具有不同适应性;利用基于小波包分解能量图的特征信号强化技术,突出含噪轴承振动信号的故障信息特征,并对消噪前后振动信号盒维数进行计算和对比。分析结果表明,分形盒维数比关联维数更适用于分析含噪较重的信号;滚动轴承故障振动信号盒维数小于正常信号盒维数;相比原始信号,经小波包提取后不同类型故障振动信号的盒维数区分更为明显,诊断结果更加准确直观。     

Fault diagnosis of rotating machinery based on improved wavelet package transform and SVMs ensemble

This paper presents a novel method for fault diagnosis based on an improved wavelet package transform (IWPT), a distance evaluation technique and the support vector machines (SVMs) ensemble. The method consists of three stages. Firstly, with investigating the feature of impact fault in vibration signals, a biorthogonal wavelet with impact property is constructed via lifting scheme, and the IWPT is carried out to extract salient frequency-band features from raw vibration signals. Then, the faulty features can be detected by envelope spectrum analysis of wavelet package coefficients of the most salient frequency band. Secondly, with the distance evaluation technique, the optimal features are selected from the statistical characteristics of raw signals and wavelet package coefficients, and the energy characteristics of decomposition frequency band. Finally, the optimal features are input into the SVMs ensemble with AdaBoost algorithm to identify the different abnormal cases. The proposed method is applied to the fault diagnosis of rolling element bearings, and testing results show that the SVMs ensemble can reliably separate different fault conditions and identify the severity of incipient faults, which has a better classification performance compared to the single SVMs.     

基于支持向量机的滚动轴承性能退化评估方法

由于损伤积累,轴承的性能会逐渐退化,为准确地评估滚动轴承性能退化状态,提出了一种基于支持向量机和小波包分解的方法。并利用具有不同故障程度的滚动轴承的振动信号,对该方法进行了验证。评估结果表明,该方法可以准确地评估轴承的性能退化程度。     

转子共频相关故障源源数估计与子带盲分离

针对转子异常振动产生含交叉频率的响应,其共频相关故障源不满足统计独立要求,提出利用非负矩阵法在频域中计算故障源个数,不计及源信号和混合系统特性,可以正确估计出故障源数目或源数上限。提出利用小波包分解故障信号,选择互信息较小的子带进行重构,剔除共频信号并进行盲分离,得到独立非相关的源信号,保留了故障信息。理论及实验结果证明了所提出方法的有效性。     

基于改进谐波小波包的柔性薄壁轴承背景周期性冲击分离

柔性薄壁轴承是一种特殊的轴承,其内外圈是椭圆,在旋转时椭圆的长、短轴会对轴承产生一种周期性冲击,这种周期性冲击和轴承元件的故障周期性冲击混合在一起,对故障周期性冲击是一种极大的干扰。为消除这种干扰,通过分析椭圆长短轴引起的周期性冲击的特点,结合谐波小波的盒形频率特性,提出一种改进的谐波小波包来消除这种周期性冲击。普通谐波小波包的子带频率范围是根据分解层数确定的,而改进的谐波小波包的各个子带频率范围则针对椭圆长短轴引起的周期性冲击的频率分布特点而设计,可以有效地提取到这种冲击的每一个谐波分量,从而可准确地分离出整个周期性冲击。对实际柔性薄壁轴承振动信号的处理结果表明,改进的谐波小波包从混合的复杂周期性冲击中准确地分离出了椭圆长短轴引起的周期性冲击,而故障周期性冲击却被完好保留,从而消除背景周期性冲击的影响,实现对柔性薄壁轴承损伤的正确识别。     

小波包能量谱在滚动轴承故障诊断中的应用

提出了基于小波包能量谱的滚动轴承故障诊断方法。首先,以6406轴承为例采集不同工况的振动信号,然后对试验数据进行小波包变换,振动信号被分解到独立的频段,不同频带内的信号能量变化反映了运行状态的改变,提取各频带小波包能量谱为特征向量,最后应用基于模糊聚类的故障诊断方法。经对大量实测数据的处理和分析,能够比较准确地诊断出轴承的故障。     

小波变换在滚动轴承故障分析中的应用

采用离散小波变换对滚动轴承进行故障诊断,通过对测试到的故障轴承的振动速度信号进行分析,分别绘出故障信号的频谱图,对结果进行分析比较表明,离散小波分析技术在滚动轴承内圈及滚动体故障特征频率提取方面有较大的优越性。     

基于小波包和PSO-Elman神经网络的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承的故障诊断,分析滚动轴承故障机理及特点,提出基于小波包分析的滚动轴承振动信号的特征向量提取算法,并建立PSO-Elman神经网络进行故障诊断和识别。将滚动轴承故障振动信号进行小波包分解,构造频带能量谱作为特征向量,输入PSO-Elman神经网络对故障进行识别。试验结果表明,基于小波包分析和PSO-Elman神经网络相结合的方法可准确地实现滚动轴承的故障诊断。     

基于小波包和细化包络分析的滚动轴承故障诊断方法研究

滚动轴承故障是旋转机械常见的故障之一,针对传统包络解调分析方法需要人为选定共振频带的缺陷,首先采用小波包变换滤波的方法提取滚动轴承固有频率共振频带的信号,并对提取的信号进行重构,滤除了其他信号的干扰．然后用Hilbert变换检波的方法对提取的重构信号实现包络解调,去除高频固有振动成分,诊断轴承的缺陷信息．为了进一步提高包络谱的分辨率,最后采用快速傅立叶变换-傅立叶级数（FFT—FS）方法细化频谱．并在ADBE-56-N4型交流电机上实测了6350型滚动轴承故障模拟信号,与理论分析基本吻合．     

基于小波包移频算法的AR功率谱在滚动轴承故障特征信息提取中的应用

为克服经典的小波包迭代算法由于小波包分解过程中的隔点采样而发生的频率混叠现象，本文采用移频算法进行小波包分解与重构，以1#、2#、3#这3个608滚动轴承(其中1#轴承工作正常，而2#、3#轴承工作异常)进行分析。先通过小波包分解提取这3个轴承振动信号的频带能量特征以确定2#、3#轴承故障特征信息所在的频带。并按这些频带分别对2#、3#轴承的振动信号进行小波包重构。通过对重构信号的基于AR模型的功率谱分析以实现滚动轴承故障特征信息的自动提取．从而对2#、3#轴承的故障作出诊断。     

基于小波包—坐标变换的滚动轴承故障特征增强方法

滚动轴承早期故障特征信号微弱且易受正常成分干扰,因此不易准确识别滚动轴承的早期故障.对含有微弱故障的滚动轴承信号进行小波包分解,通过对小波包分解得到的各子带进行研究,提出一种基于小波包—坐标变换(Wavelet packet-coordinate transformation,WP-CT)的故障特征增强方法.考虑到各频...     

基于ICA和小波变换的滚动轴承故障诊断方法研究

提出了结合独立分量分析(ICA)和小波变换进行滚动轴承故障诊断的方法。在设计的系统平台上,首先对冲击脉冲信号进行预处理,使信号较好地满足独立分量分析的前提条件。然后,应用独立分量快速算法分离故障轴承的冲击脉冲信号,通过小波快速算法完成信号重构,实现滚动轴承故障的识别。实验结果表明,利用独立分量分析方法提取的故障状态特征向量与小波快速算法相结合可以有效、准确地识别滚动轴承的故障信号。     

基于小波包近似熵和SVM的圆柱滚子轴承诊断

为了解决特种车辆变速箱圆柱滚子轴承由于振动信号的非线性、非平稳特征较为微弱,提取的特征量数值不明显且现实中难以获得大量含丰富特征的典型故障样本而难以对其进行准确诊断的问题,应用小波包近似熵和支持向量机对特种车辆变速箱圆柱滚子轴承进行诊断。首先,在自行搭建的模拟实验台上采集某型特种车辆变速箱圆柱滚子轴承正常、外圈磨损、滚动体故障、点蚀和压痕4种典型状态的振动信号;然后,分别提取4种典型状态振动信号的小波包近似熵值作为支持向量机的输入,根据支持向量机的输出结果来确定圆柱滚子轴承是否发生故障和故障类型。结果表明,该方法能有效对某型特种车辆变速箱圆柱滚子轴承的典型状态进行诊断,为其他相似变速箱圆柱滚子轴承的故障诊断提供一种参考途径,具有一定的工程实用价值。     

基于时变零相位滤波的变转速滚动轴承故障诊断

针对变转速下齿轮箱中滚动轴承故障调制特征的提取与分离,提出了基于时变零相位滤波的变转速滚动轴承故障诊断方法。该方法先用线调频小波路径追踪(CPP)算法从齿轮箱滚动轴承故障振动信号中估计出齿轮啮合频率,由啮合频率除以齿数得到齿轮箱的转速,同时,采用Hilbert包络解调方法获取轴承故障振动信号的包络信号;然后根据获取的转速信息设计各阶时变零相位滤波器;再采用各时变零相位滤波器对包络信号进行分析,获取各调制信号;最后,利用转速信号对求取的各调制信号进行阶次分析,并根据各阶次谱来诊断滚动轴承故障。算法仿真和应用实例分析表明,该方法可有效提取和分离变速齿轮箱中滚动轴承的各阶故障调制特征。     

滚动轴承故障特征信息的自动提取方法研究

提出基于小波包分析和包络检测的滚动轴承故障特征信息的自动提取力法。根据滚动轴承的故障冲击能激起轴承座或其他机械零部件产生共振的特性，对轴承振动信号进行快速傅里叶变换FFT分析，在频谱图中自动识别高频共振频带。然后利用小波包分析可以在全频带内把信号分解到相邻的不同频带上的特性，对滚动轴承的振动信号进行小波包分解，自动提取共振频带上的信号并进行重构。最后，对重构后的信号进行包络检波，实现滚动轴承故障特征信息的自动提取。通过对实际滚动轴承振动信号的分析，发现这种方法能非常有效地检测和诊断滚动轴承的故障．