基于结构风险最小化原则的奇异值分解降噪研究

针对奇异值分解降噪中矩阵有效秩的阶次难以确定的问题,提出了利用结构风险最小化原则来确定矩阵的有效秩阶次的新方法。该方法依据统计学习理论,把有效秩阶次的选择看作是一个学习过程,利用结构风险最小化原则来代替传统的经验风险最小化,从而自动得到奇异值分解降噪中矩阵的有效秩。仿真表明,该方法不但具有较好的降噪精度和算法稳定性,而且降低了消噪模型算法的复杂度。     

基于低秩Hankel矩阵逼近的模态参数识别方法

针对测量结构输出响应信号所受噪声干扰问题,提出利用低秩Hankel矩阵逼近方法对响应信号降噪。该方法利用结构脉冲响应信号构建Hankel矩阵,对其进行奇异值分解后计算奇异值相对变化率确定模型阶次,通过迭代低秩逼近方法获得降噪信号后进行模态参数识别。用数值算例研究矩阵维数对降噪效果、计算效率影响,并用悬臂梁模型实验验证该方法的有效性。     

一种基于奇异值分解的自适应降噪方法

根据信号处理基本理论和方法．针对奇异值分解方法中有关的Hankel矩阵有效秩难以确定的难题,提出了一种奇异值分解方法,即主分量分解方法．并通过试验数据进行了验证。仿真信号和海上实录信号的降噪实验研究表明．提出的方法比基本的LMS滤波和奇异值分解降噪效果更加优越,能有效提高信噪比并去除噪声。     

基于拟合误差最小化原则的奇异值分解降噪有效秩阶次确定方法

为了最大限度地提高旋转机械设备故障振动信号的信噪比,研究了奇异值分解降噪的原理,提出了一种新的奇异值分解降噪有效秩阶次的确定方法。首先,对振动信号进行相空间重构,对吸引子轨迹矩阵进行奇异值分解;然后,按不同的阶数,将奇异值分成信号组和噪声组,对每次分组的结果,以阶数为自变量、以奇异值为因变量,拟合成信号特征奇异值曲线和噪声特征奇异值曲线,并求拟合误差;最后,将拟合误差最小值对应的奇异值阶数确定为有效秩阶次,并进行奇异值分解降噪。通过数值仿真和实际齿轮故障数据分析,表明该方法可以有效地提高信号的信噪比,为后期的故障特征提取创造有利条件。     

改进SVD算法的转子系统轴心轨迹快速提纯研究EI北大核心CSCD

为实现转子系统轴心轨迹的快速提纯,提出一种改进的奇异值分解(improved singular value decomposition,ISVD)算法。首先,构建一种奇异值差异比(singular value difference ratio,SVDR)的评判指标来确定矩阵行数,对Hankel矩阵的结构进行优化;其次,利用奇异值与频率的数量关系筛选有效分量,对有效分量进行重构得到特征信号;然后,将降噪提纯后的特征信号合成轴心轨迹,实现轴心轨迹的提纯;最后,利用仿真和实测信号对所提方法进行分析。试验结果表明,与最大维数法相比,在SVDR确定的矩阵结构下,奇异值分解的降噪性能保持不变,但分解的时间缩短了90.18%,提高了计算效率。     

一种新的差分奇异值比谱及其在轮对轴承故障诊断中的应用

因滚动体和保持架的随机滑动,轴承故障信号多为伪循环平稳信号。针对这种情况,提出了应用周期截断矩阵的奇异值分解的轮对轴承故障诊断方法。研究了轴承故障伪循环平稳信号的奇异值分布,结合奇异值能量差分和奇异值比,提出了一种新的能量差分奇异值比谱作为周期截断矩阵的嵌入维度计算方法;利用能量差分奇异值比谱计算嵌入维度并利用轮对轴承振动信号构造周期截断矩阵,对矩阵进行奇异值分解,并提出利用差分能量谱确定奇异值有效秩阶次并重构矩阵从而分离出周期信号;对该信号做包络分析以实现轮对轴承的故障诊断。应用轮对实验台的复合故障轴承振动数据对该方法进行验证,结果表明,所提方法能够有效提取轴承外圈、滚动体及保持架的特征频率的基频及其倍频,与传统应用Hankel矩阵进行奇异值分解降噪方法相比,该方法抗干扰能力显著,能够分离同频带的不同故障周期信号,且得到的包络谱谱线清晰,谐波丰富,使故障诊断的可靠性得到了显著提高。     

强背景噪声振动信号中滚动轴承故障冲击特征提取

针对机械早期故障引起的冲击特征微弱,易受强背景信号和噪声的干扰而难以提取的问题,提出一种奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)差分谱与S变换相结合的微弱冲击特征提取方法。将原始信号构造成Hankel矩阵,采用SVD对重构矩阵进行分解;利用奇异值差分谱确定降噪阶次进行降噪;采用S变换对降噪后的信号进行时频分析,提取信号中的微弱冲击特征信息。通过数值仿真和实际轴承故障数据的对比,表明该方法可有效辨别轴承振动信号中故障引起的早期微弱冲击特征,为轴承故障诊断提供先验信息。     

基于SVD优化LMD的电梯导靴振动信号故障特征提取

针对局部均值分解(Local Mean Decomposition,LMD)方法提取电梯导靴振动信号的故障特征分量时存在的模态混淆现象,本文提出了一种基于奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)优化局部均值分解(Local Mean Decomposition,LMD)的电梯导靴振动信号故障特征提取方法。该方法以奇异值贡献率原则构造原始信号的Hankel矩阵,采用SVD对Hankel矩阵进行分解;将曲率谱原则与奇异值贡献率原则相结合对奇异值进行选择,将包含主要故障信息的奇异值进行逆重构,得到剔除噪声信号与光滑信号的突变信号;并利用LMD方法对突变信号进行故障特征提取,得到能够突出原始信号振动特征的故障特征分量。实例结果表明该方法有效改善了LMD的模态混淆现象,更准确地提取了振动信号的故障特征分量,为电梯导靴的故障诊断提供了一条有效的途径。     

基于SVD优化LMD的电梯导靴振动信号故障特征提取EI北大核心CSCD

针对局部均值分解(Local Mean Decomposition,LMD)方法提取电梯导靴振动信号的故障特征分量时存在的模态混淆现象,本文提出了一种基于奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)优化局部均值分解(Local Mean Decomposition,LMD)的电梯导靴振动信号故障特征提取方法。该方法以奇异值贡献率原则构造原始信号的Hankel矩阵,采用SVD对Hankel矩阵进行分解;将曲率谱原则与奇异值贡献率原则相结合对奇异值进行选择,将包含主要故障信息的奇异值进行逆重构,得到剔除噪声信号与光滑信号的突变信号;并利用LMD方法对突变信号进行故障特征提取,得到能够突出原始信号振动特征的故障特征分量。实例结果表明该方法有效改善了LMD的模态混淆现象,更准确地提取了振动信号的故障特征分量,为电梯导靴的故障诊断提供了一条有效的途径。     

一种确定奇异值分解降噪有效秩阶次的改进方法

提出了一种基于奇异值差分谱单边极大值的降噪方法,实现了对旋转设备故障信号信噪比的提高。首先通过相空间重构Hankel矩阵的方法对原始振动信号进行处理,再进行奇异值分解,最后采用奇异值差分谱单边极大值原则确定所含的较大峰值降噪阶数。通过数值仿真和实际轴承故障数据的应用分析,表明了该方法可以有效地提高信号的信噪比,为后期的故障特征信号提取创造有利条件。     

延伸奇异值分解包及其在高速列车轮对轴承故障诊断中的应用

结合多分辨奇异值分解包的分解结构和对滚动轴承故障信号的Hankel矩阵的奇异值分布特性研究,提出了延伸奇异值分解包。该算法的核心包括矩阵递推构造和矩阵重构。以分量信号能量为指标,提出了有效分量信号的筛选准则,并基于该准则,进一步提出了延伸奇异值分解包的快速算法。仿真结果表明,延伸奇异值分解包对信号中共振频带分量信号具有很好的分解能力,方法具有强鲁棒性,同时极大地改善了奇异值分解包中出现的模态混叠。应用高速列车轮对轴承试验数据对该方法进行试验验证,结果表明,该方法能有效分离高速列车轮对轴承复合故障信号的不同共振频带信号,对筛选的有效分量信号进行包络分析,可有效提取不同类型的故障特征频率及其谐波,对共振频带的聚集性和故障的表征力相比奇异值分解包均有显著提高。     

基于奇异值分解和独立分量分析的滚动轴承故障诊断方法

针对强背景噪声下难以提取滚动轴承早期故障信号中故障特征频率的问题,提出奇异值分解和独立分量分析相结合的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先利用相空间重构将一维时域矩阵拓展到高维矩阵,得到吸引子轨迹矩阵;然后对轨迹矩阵进行奇异值分解降噪,依据奇异值差分谱阈值原则选取相应阶次分量进行重组构造虚拟噪声通道;接着将重组信号和观测信号进行独立分量分析分离;最后利用能量算子解调方法提取出有效的故障特征分量,进而识别故障类型。滚动轴承故障诊断实验和仿真结果表明该方法有效可行。     

基于动态聚类的奇异值分解降噪方法研究

针对奇异值分解降噪中吸引子轨道矩阵重构阶次难以有效确定的问题,提出了基于非监督动态聚类算法来确定矩阵有效重构阶次的新方法.该方法利用含噪声信号的奇异谱图中表征噪声的噪声平台平缓和集中的特性,通过向谱图纵轴投影,应用动态聚类合理确定噪声平台的边界,进而有效地确定奇异值分解降噪中矩阵的有效重构阶次.仿真结果表明,该方法有较好的降噪精度和算法稳定度,提高了算法的实用性.     

基于SVD-MEEMD与Teager能量谱的滚动轴承微弱故障特征提取

针对滚动轴承早期微弱故障特征难以提取的问题,提出一种基于奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)、改进的集总经验模态分解(Modified Ensemble EMD,MEEMD)和Teager能量谱的滚动轴承微弱故障特征提取方法。该方法首先采用Hankel矩阵理论对滚动轴承的故障信号进行相空间重构得到重构矩阵,并根据奇异值差分谱理论对重构矩阵进行SVD处理,实现信号的初步降噪;其次,对降噪后的信号进行MEEMD分解得到一组本征模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF)和一个余量,依据峭度-相关系数规则选取出一个冲击特征敏感的IMF分量,计算其Teager能量算子;最后,通过分析能量谱图实现对滚动轴承微弱故障的模式辨识。采用美国西储大学的滚动轴承故障数据对所提方法进行验证,并与其它模式的组合方法进行比较。结果表明,该方法具有良好的降噪效果和敏感特征筛选能力,从而能更准确提取出滚动轴承早期故障频率,实现故障类型的准确辨识。     

基于SVD和熵优化频带熵的滚动轴承故障诊断研究

针对在奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)中,随机噪声对各阶的贡献几乎相等,导致单一SVD降噪效果不理想的问题,提出了基于SVD和频带熵(Frequency Band Entropy,FBE)相结合的轴承故障特征提取方法。针对基于FBE的带通滤波器的阶数和带宽需经验确定的问题,提出了基于信息熵最小值原则的参数优化方法。首先,对原始振动信号在相空间重构Hankel矩阵并利用SVD进行降噪处理,采用奇异值相对变化率来确定模型的阶次;然后,对降噪后的信号进行基于FBE的带通滤波,并采用基于信息熵最小值原则的优化方法确定带通滤波器的阶数和带宽。最后,对滤波信号进行包络谱分析,提取轴承故障特征频率,并用峭度指标证明了带通滤波器的有效性。通过数值仿真和实际轴承故障数据分析,证明了该方法提取轴承故障特征频率的有效性。     

奇异值分解结合频率切片小波的齿轮故障特征提取

频率切片小波变换是一种有力的时频分析方法,但在强背景噪声条件下其故障特征识别能力不足,故提出奇异值分解结合频率切片小波的故障特征提取方法。首先利用原始信号构造Hankel矩阵,根据奇异值差分谱单边极大值原则确定阶次并进行降噪处理,继而利用频率切片小波对降噪信号进行全频分析,确定信号分量分布区间之后,对能量集中的信号进行频率切片细化分析,用时频图及重构信号提取齿轮故障特征。通过仿真及实测齿轮的点蚀信号分析,表明该方法能够实现齿轮运行状态的准确判别,有一定的工程实际意义。     

改进的奇异值分解在轴承故障诊断中的应用

滚动轴承是旋转机械设备的重要部件,对滚动轴承的故障诊断研究具有重要的意义。为了从复杂的轴承振动信号中提取有效的故障信息,提出了改进的奇异值分解故障诊断方法。阐述了奇异值分解与包络谱分析的原理,并对轴承振动信号构造Hankel矩阵进行奇异值分解。利用功率谱密度函数构造滤波器提高信号的信噪比,对滤波器处理后的信号再进行奇异值分解和包络分析,并将此方法应用于滚动轴承振动信号分析。实验结果表明:此方法对振动信号故障特征频率的提取效果具有明显优势。     

基于VMD和SVD的柴油机气门间隙异常特征提取研究

为有效地从柴油机缸盖表面振动信号中提取气门间隙故障特征,提出一种基于变分模态分解(VMD)和奇异值分解(SVD)的特征提取新方法。采用VMD算法对缸盖振动信号进行分解,利用所得的模态分量构建特征矩阵;接着应用SVD理论将特征矩阵转变为表征频率特性的奇异值序列,探讨了稳定工况下的奇异值序列与不同气门间隙状态之间的关系;由于转速、负荷等工况的改变对信号特征层的影响与故障所引起的信号特征的改变可能非常相似,因此将奇异值序列作为特征参数,输入到随机森林分类器中,构建分类模型,对柴油机变工况下的气门间隙故障进行诊断。实验结果表明:该方法能有效识别气门间隙故障,突出故障敏感特征;与传统基于Hankel矩阵和小波包系数矩阵的SVD特征提取方法相比,该方法所提特征参数在柴油机变工况条件下具有更高的识别率。     

基于分量筛选奇异值分解的滚动轴承故障诊断方法研究

为从复杂的轴承振动信号中获取故障信息,提出基于分量筛选奇异值分解的特征提取方法。阐述奇异值分解原理,构造轴承故障信号Hankel矩阵,利用互相关系数准则对奇异值分解处理的分量信号进行筛选,对筛选的分量信号进行重构以提取轴承故障特征频率。与传统方法相比,该方法的仿真与实际轴承信号处理结果均具优越性、有效性。     

基于Hankel矩阵与奇异值分解（SVD）的滤波方法以及在飞机颤振试验数据预处理中的应用

将Hankle矩阵与SVD分解相结合对受噪声污染的飞机颤振试验数据进行滤波,以提高颤振模态参数识别的精度,首先对由测量数据构造的Hankle矩阵进行SVD分解,再根据对噪声统计特性的掌握程度,采用两种不同的方法,即基于噪声统计特性的方法和基于奇异值变化曲线突变点的方法,将由含噪的测量数据所构成的Hankel矩阵分成两个互不相关的空间--真实信号空间和噪声空间,最后在真实信号空间中,利用平均的方法重构经过滤波的数据.通过数值仿真和应用于实际的飞机颤振试验数据,对Hankel矩阵取不同维数时对空间划分和滤波效果的影响进行了分析和研究,并验证了该方法是有效和可行的.