基于CEEMD与TQWT组合方法的爆破振动信号精细化特征提取

针对传统小波在爆破振动信号特征提取和分析方面的局限性,提出了基于CEEMD和TQWT组合的信号精细化特征提取方法。预先设定可调品质因子小波TQWT高、低品质因子参数对CEEMD分解优势分量重组信号进行分解,并引入相对权重因子θ,优化了分解过程,实现了爆破振动信号特征的精细化提取。分析结果表明:组合方法对爆破振动信号的分析不依赖于先验小波基的选择,分解过程实现了信号的二次滤波。通过连续小波多尺度三维谱和时频小波脊线对比,说明组合算法分解得到的最佳分析信号可真实反映振动信号的细节信息,时频分辨率更高。该组合方法抑制了杂波分量对信号特征的干扰,可精确地提取复杂环境下的爆破振动信号特征信息。     

双自适应小波局部极大模方法及其在信号特征提取中的应用

将小波分析中的局部极大模方法采用双自适应提升算法进行改进,用于机械故障冲击信号特征的提取,获取了信号时域和频域冲击特征。将该方法应用于滚动轴承微弱冲击特征的提取,并将原始信号直接进行包络分析、原始信号极大模包络分析、经典小波分析方法、第二代小波的细节信号方法进行了对比。结果表明,双自适应局部极大模方法可以更有效的提取信号中的冲击特征,对小波分解层数极不敏感,表现出了很好的鲁棒性。新方法为进一步实施冲击型故障的诊断工作提供新的思路。     

一种强噪声背景下的微弱信号检测的新方法

基于自适应滤波算法对小波滤波器的构造方法进行了研究，重点在于解决对强噪声环境下微弱信号提取所需要的小波变换的子带自适应滤波器的构造，把小波变换技术和自适应滤波技术应用于微弱信号的检测。提出基于自适应小波变换的心电信号的检测，利用小波变换的子带编码理论，通过在多个子带权值的自适应匹配，回复后拟合微弱信号。仿真结果表明，该方法可进一步改善信号的检测能力，在检测微弱信号的特征和改善信噪比方面是一种十分有效的方法。     

基于共振稀疏分解和松鼠优化算法的滚动轴承故障诊断

共振稀疏分解方法在滚动轴承故障诊断方面得到广泛应用,分解参数的选取对故障分离效果起决定性影响。为保证参数选择的准确性,提出基于松鼠算法的自适应共振稀疏分解多参数优化方法。以信号低共振分量峭度最大作为目标,使用松鼠算法同时优化共振稀疏分解的品质因子与权重系数;利用最优品质因子和权重系数对滚动轴承振动信号进行共振稀疏分解,得到高低共振分量;对低共振分量进行希尔伯特包络谱分析。通过仿真试验和应用实例证明,所提方法可以有效提取轴承的微弱故障信息,实现共振稀疏分解小波基函数库与耗散函数之间的最优匹配,具有较高的分离精度。     

谐波分解结合自互补Top-Hat变换的轴承微弱故障特征提取方法

针对轴承早期故障特征微弱,极易被背景噪声淹没而不能及时检测的问题,本文提出了基于谐波分解和自互补Top-Hat变换的轴承微弱故障特征提取方法。首先,通过改进广义谐波小波函数,使得信号分解后子带个数和带宽范围不受二进制分解方式的限制,并在此基础上应用谱峭度图方法确定信号中故障特征相对集中的最优频带;然后,对最优频带信号进行多尺度自互补Top-Hat变换,抑制背景噪声的干扰,突出微弱的故障冲击特征,并引入故障特征能量比的方法自适应确定最优结构元素的尺度;最后,通过包络解调提取出轴承微弱的故障特征。对仿真信号和实测轴承全寿命数据分析的结果表明,该方法能较为有效检测出轴承微弱的故障特征,具有较高的工程应用价值。     

基于连续峭度优化的滚动轴承故障特征提取小波变换方法

为更有效提取滚动轴承早期故障中微弱冲击特征成分,提出基于连续峭度优化的小波变换故障特征提取方法。据连续峭度与小波能量相关程度,对原信号特征分量的小波系数及能量成分进行不同程度优化,强化故障信号中具有冲击特征的能量成分、削弱其它能量成分。通过优化的小波系数重构原信号特征分量,计算特征分量包络谱以提取冲击特征频率及相关倍频,实现对故障特征提取。通过仿真信号、实际轴承数据应用分析表明,该算法能强化冲击特征能量成分,能更有效提取早期故障中冲击特征。     

高速列车齿轮箱轴承故障诊断的自适应TQWT方法

齿轮箱轴承是高速列车传动系统中重要的零部件之一,其故障诊断对保障列车运行安全具有重要意义。轴承故障诊断主要依靠其故障特征的提取,因此提出基于改进谱峭度(improved spectral kurtosis,ISK)的自适应可调品质因子小波变换(TQWT)故障特征的提取方法。首先在谱峭度基础上引入包络谱熵,提出既能度量信号脉冲强度又能表征其周期性的ISK指标。文章提出的方法利用ISK在TQWT的品质因子Q与冗余因子r的取值范围内自动选取最佳Q、r参数,将信号分解成若干信号分量,并通过选取冲击特征丰富的分量信号进行合并、包络解调提取故障特征。仿真信号验证方法的可行性与有效性,将该方法运用于齿轮箱轴承故障诊断中,结果表明:该方法能挖掘原始信号中不易被发现的信息,使包络谱中故障特征丰富,能有效地诊断轴承故障。     

基于网格搜索法优化最大相关峭度反卷积的滚动轴承早期故障诊断方法

针对环境噪声下滚动轴承早期故障信号微弱难以检测的问题,提出了基于网格搜索法优化最大相关峭度反卷积(Maximum Correlated Kurtosis Deconvolution,MCKD)滚动轴承早期故障诊断方法。并针对MCKD方法受滤波器阶数和周期影响的问题,提出了利用网格搜索法优化最大相关峭度反卷积参数。首先,早期微弱故障信号集成经验模态分解后,采用相关系数以及峭度准则重构原信号;然后,以小波Shannon熵作为目标函数采用网格搜索法搜寻最优滤波器阶数以及周期,采用自适应MCKD方法对重构信号中故障脉冲冲击成分进行加强,最后通过包络谱、包络功率谱提取微弱故障特征。实验表明,该方法能够对早期微弱故障中冲击成分进行自适应增强,有效检测出被噪声淹没的微弱故障,实现滚动轴承故障的精确诊断。     

基于自适应多尺度形态学AVG-Hat滤波的滚动轴承故障特征提取方法

针对机械设备故障信号中故障特征微弱,容易被背景噪声淹没而不能准确提取的问题,提出了一种新的自适应多尺度形态学AVG-Hat滤波方法,并将其用于强背景噪声下滚动轴承故障信号的特征提取中。首先,在分析传统形态学滤波器滤波特点的基础上,提出了形态学AVG-Hat滤波器的构造方法;然后,提出采用改进包络谱稀疏度作为选择滤波后最优信号的评价标准,通过粒子群优化算法自适应确定了多尺度滤波器中不同尺度结构元素的权重系数,进而构建了最优的多尺度形态学AVG-Hat滤波器;最后,将该滤波器用于处理故障振动信号,经过包络解调分析准确提取出了信号中的故障特征信息。通过对实测轴承故障信号进行分析,结果表明:该方法在信号降噪的基础上具有较强的故障特征提取能力,能有效用于滚动轴承故障的诊断,具有较高的工程应用价值。     

基于连续小波系数非线性流形学习的冲击特征提取方法

为了提取机械设备故障引发的冲击成分,提出了一种基于连续小波系数非线性流形学习的冲击故障特征提取方法。首先,基于小波熵方法优化出最优的Morlet小波波形参数,实现与冲击特征成分的最佳匹配,获取包含冲击特征信息的最优小波系数矩阵。其次,采用局部切空间排列算法对最优小波系数矩阵进行非线性约简,并基于峭度指标最大化原则,确定出特征空间中的有效低维嵌入,从而提取出最优的冲击故障特征。最后,通过仿真数据和工程实际的应用对比分析,表明该方法采用了局部线性化和全局排列的思想,与线性奇异值分解方法相比,不仅在时域上提取出峭度更大的微弱冲击特征成分,而且在频谱中还提取出了相应的低频故障特征。     

基于自适应MOMEDA与VMD的滚动轴承早期故障特征提取

轴承故障衍生早期,由于故障尺寸较小且易受环境噪声和信号衰减的影响,因此故障冲击信号往往非常微弱。变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)已经在轴承的故障特征提取中有一定的应用,但对于背景噪声较强时的滚动轴承的微弱故障提取效果并不理想。针对这一问题,将改进多点优化最小熵解卷积(Multipoint Optimal Minimum Entropy Deconvolution Adjusted,MOMEDA)与VMD相结合,研究了滤波器长度对MOMEDA效果的影响,提出基于进退法确定最优滤波器长度的自适应MOMEDA方法。利用自适应MOMEDA对信号降噪并避免传统MED迭代以及滤波后可能出现的虚假峰值。将自适应MOMEDA降噪后的信号使用VMD进行分解,然后依据谱峭度大小进行重构,对重构之后的信号进行故障特征提取,取得了较好的效果。最后通过实验验证了方法的可行性及有效性。     

基于小波基稀疏信号特征提取的轴承故障诊断EI北大核心CSCD

轴承弱故障振动信号中的瞬态成分极易被强背景噪声湮没而无法及时检测,结合稀疏表示原理提出一种基于小波基的稀疏信号特征提取方法,从而实现信号中瞬态特征成分的提取。通过构建原始信号瞬态成分稀疏表示模型,对原始信号采用相关滤波法获取最优小波原子,并构建最优冗余小波基底,实现小波基与信号故障特征的最优匹配;设计二次严格凸函数并运用优化最小(Majorization Minimization,MM)算法求解模型中的目标函数,将信号中的瞬态冲击成分转化为稀疏表示系数,实现强背景噪声下弱特征的有效提取。仿真信号及轴承微弱故障试验验证了该方法能有效地检测和提取强背景噪声下的微弱瞬态成分。     

基于局域均值分解的自适应滤波滚动轴承故障特征提取

依据小波变换带通滤波特性和相关分析提出一种滚动轴承故障特征提取新方法。针对带通滤波器参数难以快速自适应选取的问题,提出利用局域均值分解(Local Mean Decomposition,LMD)所得乘积函数(Production Function,PF)的统计特征快速设定滤波器中心频率,通过分析滤波信号小波系数谱改进香农熵(Shannon熵)与滤波器带宽参数间的关系给出滤波器带宽参数优化策略。对仿真信号和内外圈故障轴承信号的分析结果表明,该方法能自适应优化小波滤波器参数,有效提取滚动轴承冲击性故障特征。     

遗传算法优化稀疏分解的齿轮箱故障诊断研究

齿轮箱传动结构复杂,其出现故障时的振动信号往往含有强噪声。在强噪声背景下微弱信号的特征提取是振动信号处理领域的难题。稀疏分解方法能够自适应地提取强噪声背景下的微弱信号特征,但其在寻找最优匹配原子时计算量特别大。为加快匹配最优原子的速度,提出利用遗传算法优化匹配追踪的信号稀疏分解算法,优化后的算法大大降低了匹配追踪算法中寻找最优原子参数的计算量。齿轮故障振动信号的主要特征是调制现象,通过稀疏分解对含有噪声的信号进行降噪,然后进行频域分析,根据频域分析结果实现齿轮的故障诊断。对仿真的齿轮调制振动信号和实际采集的齿轮箱振动信号分析表明,该方法能够从含有强噪声的振动信号中快速且准确地提取出故障特征频率。     

基于小波基稀疏信号特征提取的轴承故障诊断

轴承弱故障振动信号中的瞬态成分极易被强背景噪声湮没而无法及时检测,结合稀疏表示原理提出一种基于小波基的稀疏信号特征提取方法,从而实现信号中瞬态特征成分的提取。通过构建原始信号瞬态成分稀疏表示模型,对原始信号采用相关滤波法获取最优小波原子,并构建最优冗余小波基底,实现小波基与信号故障特征的最优匹配;设计二次严格凸函数并运用MM(Majorization Minimization)算法求解模型中的目标函数,将信号中的瞬态冲击成分转化为稀疏表示系数,实现强背景噪声下弱特征的有效提取。仿真信号及轴承微弱故障试验验证了该方法能有效地检测和提取强背景噪声下的微弱瞬态成分。     

基于改进MP的稀疏表示快速算法及其滚动轴承故障特征提取应用

在恒定转速情况下,旋转机械中滚动轴承的局部故障往往导致周期性冲击,从而产生周期性瞬态振动信号。对局部故障的瞬态特征提取一直是故障检测的关键问题。基于匹配追踪(Matching Pursuit,MP)算法的稀疏分解是一种信号自适应分解算法,是强噪声背景下微弱特征提取的有效方法之一。针对滚动轴承故障振动信号稀疏表示过完备字典的选择与构造问题,基于相关滤波法优选与冲击波形匹配的Laplace小波原子构造稀疏表示中的过完备字典;针对基本匹配追踪算法计算量大、效率低的问题,结合FFT快速运算特性,通过互相关运算替换基本匹配追踪算法中的内积运算,研究基于改进MP的稀疏表示快速算法,进而提高计算效率。仿真与滚动轴承故障实验分析结果表明该算法能准确的提取滚动轴承故障特征且计算效率高。     

结合连续小波变换和多约束非负矩阵分解的故障特征提取方法

为了在故障早期从信噪比较低的振动信号中提取故障特征,提出了一种结合小波变换和多约束非负矩阵分解振动信号特征提取方法。首先,采用最小小波熵测量提取出最优时频系数矩阵。然后,根据故障特征在系数矩阵中的表现规律,采用基于稀疏性和光滑性约束的非负矩阵分解算法对小波系数矩阵进行非线性降维,从而提取信噪比较高的故障特征。最后,通过仿真数据和实际数据对该方法进行了验证,结果表明该方法能够在时域中提取出微弱的故障特征,实现机械状态的早期故障诊断。     

基于参数自适应VMD和MCKD的滚动轴承微弱故障特征提取

针对传输路径复杂和强噪声干扰条件下滚动轴承故障信号信噪比低、微弱故障特征难以提取的问题，提出一种将参数优化变分模态分解（Variational Mode Decomposition,VMD）与最大相关峭度解卷积（Maximum Correlated Kurtosis Deconvolution, MCKD）相结合的滚动轴承微弱故障特征提取方法。首先，利用经麻雀搜索算法（Sparrow Search Algorithm, SSA）优化的VMD对故障信号进行自适应分解，构建加权峭度指标以筛选有效模态分量；然后对有效模态分量利用经SSA优化后的MCKD进行增强；最后，对增强后的信号进行包络解调分析，提取出轴承故障特征频率。实验和工程实际案例分析表明，所提出的方法能够自适应增强轴承信号中的微弱冲击成分，有效提取出强噪声背景下的滚动轴承微弱故障特征。     

基于SSWD优化LMD的高速电梯滚动导靴振动信号特征提取

针对奇异值分解(SVD)优化局部均值分解(LMD)方法提取高速电梯滚动导靴振动信号故障特征分量的模态混淆现象,提出一种基于自适应增强小波分解(SSWD)优化LMD的高速电梯滚动导靴振动信号特征提取方法。该方法构建低通滤波器、高通滤波器、小波基函数、尺度函数,利用小波分解(WD)的多分辨率滤波特性将原始信号分解为高频细节特征信号和低频近似信号;对高频细节特征信号进行信号增强、将增强后的高频细节特征信号与低频近似信号进行重构;采用LMD从重构信号中提取能够表征滚动导靴故障特征PF分量,求取PF分量的瞬时Teager能量波形进行对比分析。通过对实际工况信号处理、分析,实验结果表明,相比于SVD优化LMD方法,该方法完整地提取了滚动导靴振动信号的故障特征分量,避免了模态混淆现象出现。     

基于双树复小波包的发动机振动信号特征提取研究

针对柴油机缸盖振动信号的特征提取问题,提出了一种基于双树复小波包变换和自适应块阈值降噪的标准化相对能量提取方法,双树复小波包利用并行双树实小波变换分解系数达到信息互补,从而获得近似平移不变性和减少了信息的丢失.自适应分块阈值能够随所分析的信号自适应估计最优阈值,达到更好的降噪效果,同时引入消除频率混叠的算法,抑制了双树复小波包分解过程中虚假频率的产生.仿真信号和试验分析该方法能够更有效地消除噪声影响,所提取的相对能量特征具有更好的可区分度.