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。     

基于最优Morlet小波和隐马尔可夫模型的轴承故障诊断

摘要：提出一种从信号时频域提取故障特征的新方法,先将振动信号作Morlet小波变换,再将小波系数顺序划分成多个子列,各子列协方差矩阵的特征值为所需的特征参数。为了更有效地提取信号的振动特性及周期性成分,使用了最小香农熵准则和奇异值分解技术选择Morlet小波参数,并用比较实验证明了参数优化的有效性。状态辨识使用了连续型隐马尔可夫模型,在三种故障程度下分别实现了轴承正常状态,滚动体故障,内圈和外圈故障的正确辨识,平均精度都大于93%。     

摩擦振动时频图像特征提取

针对摩擦振动特征难以有效提取的问题,提出利用连续小波变换（ＣＷＴ）时频谱图像和图像处理技术提取摩擦振动特征参数的方法。运用ＣＷＴ变换绘制６Ｓ５０ＭＣ船用柴油机缸套－活塞环试样摩擦振动信号的时频谱图,再用图像分割技术提取振动特征体及相应的特征参数,探讨特征参数与不同润滑剂润滑条件下缸套－活塞环摩擦振动特性的内在联系。结果表明,随着摩擦磨损过程的进行,摩擦振动信号特征参数出现规律性变化;不同润滑工况下的特征参数呈现出明显的差异,反映了摩擦磨损的状态。振动特征体特征参数能定量刻画摩擦振动信号的特征。     

基于小波包能量矩阵的轴承信号特征提取

为通过振动信号识别轴承的工作状态,结合小波包变换和矩阵特征值理论,提出了一种新的轴承信号特征提取方法。引入了能量值方法,对小波包分解信号进行分层分段能量计算,组成能量特征矩阵,求得矩阵特征值;定义基于特征值的振动信号特征参数,并探讨了特征参数与轴承运行状态间的联系。最后在特征提取基础上,提出了故障早期模式识别的对应系数相乘方法。结果表明：最大值特征参数能够敏感的反映轴承工作性能的变化,可作为轴承状态监测特征量;对应系数相乘法可以作为故障部位诊断的有效方法。     

基于时频奇异谱的柴油机缸盖振动信号特征提取研究

针对柴油机故障特征提取问题,提出了一种基于连续小波变换时频分布奇异谱的缸盖振动信号特征提取方法。复Morlet小波变换的时频分布矩阵能从时频两域表征缸盖振动信号的局部特征和能量分布,结合奇异值分解理论将时频分布矩阵分解成能够简捷反映时频分布基本特征的奇异值序列,并运用类内类间可分离性判据对奇异值特征子集进行优选和分析,解决时频分布信息的降维和有效特征参数的提取,试验分析验证了该方法提取的特征具有较好的抗噪声干扰能力和可区分度。     

基于多源数据融合的掘进机截割岩壁硬度识别方法

针对煤矿井下掘进机截割岩壁硬度识别难度大的问题,利用其悬臂振动信号、升降油缸和回转油缸压力信号、截割电机电流信号,提出了一种基于多源数据融合的截割岩壁硬度识别方法。该方法首先对各类信号进行小波包分解,单支重构各频带信号并组建时频矩阵,通过奇异值分解得到包含时频信息的若干特征奇异值,以构造特征向量;再利用LDA算法实现数据特征级融合,得到类可分性更好的低维特征。为解决概率神经网络(PNN)平滑参数无法确定和网络结构复杂的问题,提出了基于差分进化算法(DE)和QR分解的PNN优化方法,并通过优化PNN对低维特征进行硬度识别。实验结果表明:所提出的特征量提取和模式识别方法是有效的,与目前常用的其它模式识别算法相比,优化PNN在掘进机三种工况下均有更高的硬度识别准确率。     

基于小波包分析的拉索损伤声发射信号特征提取

结合显式有限元和小波包分析技术开展了拉索损伤声发射信号特征提取的仿真分析。采用ANSYS/LS-DYNA模拟得到拉索损伤声发射信号的仿真信号,基于小波包能量谱对拉索声发射的有限元仿真信号进行了特征提取,从小波包分解层次、特征频带数量的选择及特征参数的噪声鲁棒性三个方面开展了讨论分析。结果表明:(1)通过选择适当的小波包分解层次,小波包能量谱可以精细地反映信号的特征;(2)选取少数特征频带就能使得小波包能量谱反映声发射信号的特征信息;(3)基于小波包能量谱的特征参数具有良好的损伤敏感性及噪声鲁棒性,能在强噪声影响下实现对拉索不同损伤类型的判别。     

机载燃油泵故障诊断及实验平台研究

以机载燃油泵实时状态监测为背景,针对目前燃油泵故障数据少、诊断方法效率低、成本高等问题,研制了机载燃油转输系统实验平台,提出基于小波包分析和改进粒子群支持向量机(M-PSO-SVM)的故障诊断方法。该实验平台可针对燃油泵5种典型故障模式进行实验,测取泵故障状态下的振动信号和出口压力信号。利用小波包分解提取振动信号不同频段的能量值作为特征参数,并结合出口压力均值构造故障特征向量。提出混合遗传变异思想的粒子群算法对SVM分类模型进行参数优化,用得到的故障特征向量训练并验证该分类模型。实验分析表明,该实验平台可有效采集泵的故障信号,并且测试点可进一步优化,M-PSO-SVM在诊断速度、诊断精度等方面都优于传统Grid-SVM和GA-SVM,能够满足实际故障诊断的需求。     

SGWT在爆破振动信号信噪分离中的应用研究

为提高测试信号分析效率和质量,引入二代小波变换并用于爆破振动信号信噪分离。采用提升db小波以及根据提升算法构造的插值细分小波,进行爆破振动信号的分解-阈值去噪-重构,取得了满意的效果。通过比较4个不同提升小波的去噪质量和效率,提出了适用于爆破振动信号分析的提升小波选取办法,为将SGWT引入到爆破振动信号分析研究领域,实现爆破振动特征的快速提取提供了参考     

小波包与分形组合技术在爆破振动信号分析中的应用研究

基于小波包、分形技术的相似性,提出采用小波包、分形组合技术对爆破振动信号进行组合分析。采用小波包对爆破振动信号进行分解,通过各主分析小波包的重构系数验证了爆破振动信号的分形特性,通过对各主分析小波包的盒维数值进行分析及对比,更加细致地分析出爆破振动信号不同频带分量分形维数的变化。组合分析表明,盒维数值随着爆破振动信号小波分量频率高低而变化,提出将盒维数作为反映爆破振动信号频率成分的一个重要参量。小波包与分形组合分析技术的提出为研究爆破振动信号分形特征提供了新的研究思路。     

《基于EMD与AR模型的柴油机故障诊断》

柴油机气缸盖振动信号是一种典型的非平稳时变信号，用传统的时频分析难以得到满意的效果，用时域区间分析难以实现实时诊断，而小波分析则存在小波基函数选择困难等问题。本文采用经验模式分解EMD方法对振动信号进行分解,得到固有模态函数IMF，对每一个IMF分量分别建立AR模型,以模型的自回归参数和残差的方差作为特征向量,用支持向量机SVM进行分类,判断柴油机的工作状态和故障类型。实验结果分析表明,该方法即使在小样本情况下也能准确有效地诊断柴油机故障,能实现故障的实时自动化诊断。在不同转速时，需选用新转速工况下的数据作为训练样本,以保证分类准确率。     

用奇异值分解技术提取单缸柴油机的排气噪声

奇异值是矩阵的一个主要特征,通过对矩阵奇异值分解的理论分析,描绘了利用奇异值分离周期性信号的具体方法。针对单缸柴油机排气噪声主要由以点火频率为基频的一种周期噪声的特点,作为矩阵奇异值分解技术的一个应用,对用声传感器采集的排气噪声信号进行分解和重构,提取周期信号,并利用短时傅里叶变换,从频域提取信号特征,为排气消声器结构参数的选取提供理论依据。     

基于小波包和LMS自适应降噪的柴油机振动诊断

由于柴油机振动信号的特征频带和噪声频带存在重叠现象,利用小波阈值消噪时难以选取合适的小波阈值,针对该问题提出一种基于小波包的LMS自适应滤波降噪方法。该方法将小波包与LMS自适应滤波相结合,首先利用小波包变换对信号进行多层分解,然后以噪声干扰对应尺度上的第一层“细节”分量及最大分解尺度上的逼近分量重构信号,将重构后的信号作为LMS自适应滤波器原始输入信号,再以小波包最大分解尺度上的高频细节信号作为自适应抵消器的参考输入信号,进行LMS自适应滤波降噪处理。仿真计算和工程应用表明,该方法参数设置较少,易于控制,不涉及小波阈值降噪中阈值的选取问题,对比试验信号的分析验证了方法的有效性,将该法应用在柴油机振动诊断中提高了故障识别率。     

基于排气噪声的柴油机气阀故障诊断

通过对柴油机气阀机构七种状态下的排气噪声信号建立AR模型,以AR模型的自回归参数作为故障识别的特征向量,建立基于极限学习机的柴油机气阀故障诊断模型,并与反向传播神经网络算法、径向基网络算法和基于支持向量机的诊断模型相比较。试验结果表明,排气噪声信号可用于柴油机气阀故障的诊断,且基于极限学习机的诊断模型与其他三种算法的分类正确率均可达到95 %以上,但在学习速度上,极限学习机具有明显的优势。     

柴油机振动信号的四阶盲识别分析研究

针对柴油机振动信号特征参数的识别提取比较困难,本文运用四阶盲识别的方法分析研究柴油机的振动信号。把基于FOBI(四阶盲识别)算法的盲源分离方法引入到柴油机振动信号的处理中,建立仿真模型对该算法进行验证,并对一组采用北京东方所振动测试仪器在柴油机上实测的振动信号进行分离实验,分离结果表明不同特征的振动信号可以被分离,且最大限度地保留了源振动信号的信息,该算法可以作为柴油机振动信号的预处理方法。     

基于Kalman转移矩阵的发动机故障诊断方法

为了从发动机缸盖振动信号中提取出全面的、高质量的状态特征,建立缸盖振动信号的时变参数模型,提出缸盖振动信号Kalman滤波预测算法,通过引入包含发动机状态信息的Kalman转移矩阵,得到转移矩阵的奇异值分布,构成特征子集。研究不同工况下特征子集的分布,选用极限学习机对特征样本进行分类和测试,实际应用结果表明,发动机故障诊断精度较高。     

柴油机缸盖振动信号分形特征研究

针对柴油机振动信号的非线性特征,将小波变换与分形理论结合;由此进行缸盖振动信号的分析及故障特征的提取,进而对柴油机气阀间隙异常故障进行诊断。随后计算信号小波包频带盒维数、小波变换模极大及信号的多重分形谱。结果表明,这种将分形维数和多重分形谱的结构作为系统的衡量指标和故障的表征参数,使诊断结果简单、现实可行。     

基于EMD和时频分析的低振动机体结构优化研究

为降低柴油机机体振动,开展了基于经验模态分解（EMD）和时频分析的低振动机体优化设计研究。首先建立了机体有限元模型,通过机体模态试验验证了有限元模型正确性;然后,采用多体动力学和有限元相结合的方法计算了机体振动响应,并将计算结果与试验结果进行了对比验证,两者比较吻合;进而采用EMD对机体裙部振动速度信号进行分解,对分解得到的结果中能量较大的分量进行小波时频变换,通过时频分析得到结构优化的主要依据;最后对优化前后振动响应分别采用小波和Hilbert变换进行定性和定量的对比验证。结果表明,优化后整机振动烈度降低了26.81%,整机的振动水平得到了明显的降低,从而验证了该方法的有效性。     

采用改进遗传神经网络的多载荷振动信号故障诊断

根据柴油机气阀机构运动规律,利用小波包分解提取缸盖振动信号的特征向量;针对多种载荷混合诊断的问题,采用二进制与实数混合编码的方式对使用遗传算法的误差反向传播（BP）神经网络的隐层结点数目、权值和阈值进行优化。通过实验检测,证明该方法在多种载荷混合振动信号诊断上,较一般方法学习、收敛速度快,检测准确率高。