经验模态分解中的模态混叠问题-

针对经验模态分解(empirical model decomposition,简称EMD)存在的模态混叠问题,总结了引起模态混叠异常事件的类型,讨论了模态混叠的产生原因,提出了采用加入高频谐波后再进行EMD分解消除模态混叠的方法.根据信号分析频率范围和特征选择高频简谐波的频率和幅值,并使高频谐波作为第1阶IMF分解出来,可以有效消除模态混叠现象,异常事件通常可以包含在第1阶IMF中,必要时可以将加入的高频信号直接减掉,不影响对EMD结果的判断.与总体平均经验模态分解法(ensemble empirical model decomposition,简称EEMD)对比的仿真计算表明,两种方法都可以有效消除模态混叠现象,但高频谐波加入法具有运算速度快、误差小、分解结果物理意义明确和不需后处理的优点,对含复杂异常事件的实际故障信号分析验证了该方法在工程应用中的有效性和可行性.     

Hilbert-Huang变换中的模态混叠问题

希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform,简称HHT)存在的模态混叠现象严重影响了实际应用效果。在分析研究HHT原理及模态混叠产生机理的基础上,提出了基于形态滤波预处理与端点延拓相结合的方法抑制模态混叠现象。与集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)方法比较,所提出的方法能够更快速、准确地分解出表征信号的本征模态函数(intrinsic mode function,简称IMF)分量。将该方法应用于滚动轴承的实测信号分析,结果表明,该方法在实际应用中同样具有很好的模态混叠抑制效果。     

基于独立分量分析的EMD模态混叠消除方法研究

针对经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)算法中存在的模态混叠现象,提出一种应用独立分量分析进行模态混叠消除的新方法.首先应用形态学滤波方法将信号中的噪声予以消除,减少由于噪声因素造成的模态混叠现象.然后将信号进行EMD分解,获得不同的IMF分量,将存在模态混叠成分的IMF分量进行相空间重构,利用基于峭度最大化的独立分量分解算法实现混叠成分的分离,仿真分析和工程应用的结果表明,所提方法能有效地消除EMD分解过程中的模态混叠现象.     

基于SVD与改进EMD的滚动轴承故障诊断

针对经验模态分解(EMD)存在的模态混叠问题,提出一种奇异值分解(SVD)和改进经验模态分解相结合的信号分析新方法。该方法首先对故障信号进行SVD降噪,以消除随机干扰,再根据信号特征加入高频谐波信号并进行EMD进行分解,有效地减少模态混叠现象,最后对EMD分解得到的高频本征模态分量(IMF)进行代数运算得到故障冲击成分,经Hilbert包络分析,提取出故障特征信息。仿真信号分析了这种方法的实施过程,并将该方法成功运用于滚动轴承内圈和外圈故障的诊断中。实验结果证明:该方法能够有效地提取滚动轴承故障特征信息,实现故障诊断。     

变分模态分解在风电机组故障诊断中的应用

针对经验模态分解(EMD)和局部均值分解(LMD)在实际应用中可能存在的模态混叠问题,提出了一种基于变分模态分解(VMD)的风电机组故障诊断新方法,并应用于机组传动系统不平衡故障诊断中。结果表明,VMD能有效避免噪声及冲击信号造成的模态混叠现象,对不平衡故障具有良好的诊断效果。     

基于LMD-MS的滚动轴承微弱故障提取方法

轴承的早期故障信号属于微弱信号,其故障特征提取一直是旋转机械故障诊断的一大难点。笔者将掩膜法引入到局部均值分解(local mean decomposition,简称LMD)分解中,提出了一种基于LMD和掩膜法(mask signal,简称MS)的滚动轴承微弱故障提取方法。由于LMD在噪声背景下分解出的功能分量(product function,简称PF)存在模态混叠现象,很难辨别故障频率的真伪,所以引入了掩膜信号法对LMD分解出的与原信号相关性强的PF分量进行处理,抑制模态混叠现象,提取故障频率。文中以滚动轴承实际故障信号为对象进行分析,通过将掩膜信号法与LMD方法相结合的方式,对存在噪声的故障信号进行处理,将故障频率处的峭度值提高了8倍,同时将信噪比提高了19.1%,成功提取了故障信号,为故障特征提取提供一种新的诊断方法。     

基于Hilbert-Huang变换与理想带通滤波器的系统识别

针对经验模态分解存在模态混叠现象,提出基于Hilbert-Huang变换与理想带通滤波器的系统识别方法。该方法利用傅里叶变换得到结构加速度响应频响函数,粗略估计固有频率范围,通过半功率带宽法设计理想带通滤波器,定量化确定通带带宽,使信号在经过滤波器后频域内零相移,同时不改变其幅值谱。结构响应通过指定频带的理想带通滤波器产生若干窄带信号,利用经验模态分解获取结构模态响应,经Hilbert变换构造模态响应解析信号,并通过线性最小二乘拟合提取结构模态参数与物理参数。结果表明:半功率带宽法可实现带通滤波器频带的定量化设计,理想带通滤波器的零相移特点较好契合Hilbert-Huang变换用于系统识别的要求,两者结合可有效地解决模态混叠现象,减少虚假模态,大大提高结构系统识别精度。     

基于改进多元经验模态分解的多通道振动信号融合分析

振动信号是机械故障诊断的主要信号之一,单一信号获取信息量有限,抗干扰能力较差,多通道数据比单通道数据获得了更完善的机械健康状态。本文提出了一种自适应噪声辅助多元经验模态分解方法实现多通道振动信号的同步分析。在多通道信号的基础上添加两个噪声辅助通道,以原始信号多通道加权正交指数最小为目标,通过自适应权重粒子群算法搜索最优K(投影向量个数),α_1,α_2(两个辅助噪声通道的噪声强度)最优参数组合,实现多通道自适应同步分析。改进的方法提高了分解精度,有效抑制模态混叠。仿真实验和工程案例验证了该方法的有效性,与经验模态分解和多元经验模态分解相比,自适应噪声辅助多元经验模态分解方法提高了分解精度,能准确地提取旋转机械故障频率。     

基于CEMD的燃油消耗率提取方法

针对飞参系统记录的剩余燃油信号量化噪声较大且呈非线性、非平稳性的特点以及经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)中存在的模态混叠给燃油消耗率提取带来的问题,提出了基于复数据经验模态分解(complex empirical mode decomposition,简称CEMD)的燃油消耗率提取方法。首先,提取记录信号中的关键信息,并利用非线性支持向量回归构造与真实信号形态上接近的模拟信号;然后,在CEMD中利用模拟信号来指导记录信号同步分解以减小模态混叠;最后,从分解结果中估算真实的剩余燃油信息并对其求一阶导数得到燃油消耗率。仿真结果表明,该方法相对于其他方法具有明显的性能优势,可以提取出精确的燃油消耗率参数。     

基于SVM信号延拓改进的EEMD方法

为了抑制经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)中出现的端点效应和模态混叠现象,在信号组综合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)的基础上,从抑制信号干扰和噪声污染影响以及三次样条函数插值拟合误差逐级传播方面,提出利用信号支持向量机(support vector machines,简称SVM)延拓改进EEMD.通过对仿真和实测信号研究,比较了EMD和EEMD的分解,提出改进的EEMD方法不仅减少了虚假模态分量、避免了模态混叠,而且有效抑制了端点效应.与基于镜像延拓改进的EEMD方法比较表明,本研究方法的时频谱更加清晰,虚假模态分量更少,有效解决了端点效应引起的分解失真问题.     

基于小波-中值降噪的经验模式分解及应用

为提高经验模式分解(EMD)质量,降低模式混叠,使分解得到的固有模式函数(IMF)序列能较好地反映设备的振动模式,针对EMD在信号处理方面存在的不足,利用小波消噪对高斯噪声的滤除作用,以及中值滤波对脉冲干扰较好的抑制作用,引入小波-中值组合滤波设计,对待分解数据进行预处理以滤除随机噪声并抑制脉冲干扰.将该方法应用到航空发动机振动信号处理中,能够有效减少各IMF的“筛选”次数和EMD分解层数,降低端点效应在EMD分解过程中的累积作用,抑制模式混叠现象.分解结果表明,使用组合滤波设计能更好地反映出发动机的振动模式和工作状态,并能获取表征高压转子和低压转子振动特征的数据分量.     

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。     

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。     

快速自适应经验模态分解方法及轴承故障诊断

提出一种快速自适应经验模态分解(fast and adaptive empirical mode decomposition,简称FAEMD),其算法结构和本征模态函数的特点与经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)类似。采用顺序统计滤波器代替三次样条来拟合曲线,简易的终止准则使耗机时间大幅减小。该方法可以快速、有效、准确地分解信号,能够避免终止准则和端点效应问题,改善模态混叠和耗时问题。在滚动轴承故障诊断的应用中,效果表现良好。     

基于吸引子SVD降噪的改进EMD法

基于经验模式分解(empirical mode decomposition,简称EMD)分解出的基本模式分量往往会因为原始数据中的一些异常数据和高频噪声而丧失明确的物理意义。因此,提出了一种基于系统重构吸引子奇异值分解(singular value decomposition,简称SVD)降噪的EMD分解方法。在改进方法中,原始信号经SVD降噪后分解出了原信号中的有用成分和冗余成分,对有用成分进行EMD分解可以减少原信号中冗余成分对EMD分解能力的干扰,提高EMD分解能力,使得分解出的基本模式分量更加具有实际意义,更加有利于特征的提取。     

Local fault detection in helical gears via vibration and acoustic signals using EMD based statistical parameter analysis

Gear is a vital transmission element, finding numerous applications in small, medium and large machinery. Excessive loads, speeds and improper operating conditions may cause defects on their bearing surfaces, thereby triggering abnormal vibrations in whole machine structures. This paper describes the implementation of empirical mode decomposition (EMD) method for monitoring simulated faults using vibration and acoustic signals in a two stage helical gearbox. By using EMD method, a complicated signal can be decomposed into a number of intrinsic mode functions (IMF) based on the local characteristic time scale of the signal. Vibration and acoustic signals are decomposed to extract higher order statistical parameters. Results demonstrate the effectiveness of EMD based statistical parameters to diagnose severity of local faults on helical gear tooth. Kurtosis values from EMD and that obtained from vibration and acoustic signals are compared to demonstrate the superiority of EMD based technique.     

基于经验模态分解与深度森林的液压泵健康评估

提出了一种基于经验模态分解和深度森林的方法,用于分析液压泵出口压力,从而进行健康状态评估。通过试验系统采集了不同工作时间下液压泵的出口压力信号,利用经验模态分解的方法对其进行分解,分别得到一组本征模态函数,提取其特征;结合原始信号典型时域特征,最终构成信号的特征向量。采用深度森林的方法进行不同健康状态的分类。实验结果表明,所提方法的分类结果准确率可达97%,采用经验模态分解和深度森林结合的方法可以有效提高液压泵健康状态评估的准确率。     

基于经验模态分解和Teager峭度的语音端点检测

采用经验模态分解和Teager峭度的统计特性对噪声环境下的语音信号端点进行检测。利用经验模态分解获得语音信号的本征模态函数,用Teager能量算子计算每个本征模态函数的瞬时能量,并对本征模态函数进行系数—峭度计算,提取信号期望的统计特征信息实现语音端点的检测。通过自适应EMD分解和Teager能量算子的处理,这种方法可以有效地消除白噪声或有色高斯噪声的影响。通过仿真例子说明这种方法可以取得良好的端点检测效果,仿真研究结果表明用经验模态分解和Teager峭度对噪声环境下的语音端点检测是可行的和有效的,提高了检测的可靠性。