基于PSO-VMD-MCKD方法的风机轴承微弱故障诊断

针对风机滚动轴承微弱故障信号所具有的非线性和非平稳特征及易被强背景噪声掩盖的特点,提出了一种变分模态分解(variational modal decomposition,简称VMD)和最大相关峭度解卷积(maximum correlated kurtosis deconvolution,简称MCKD)相结合的滚动轴承微弱故障诊断方法。为实现VMD和MCKD的参数自适应选择,采用粒子群优化算法(particle swarm optimization,简称PSO),对两种算法中的参数进行优化。首先,利用PSO优化VMD算法中的α和K,再基于VMD对微弱故障信号分解后的结果,选取最优模态分量;其次,利用PSO优化MCKD算法中的L和T,再基于MCKD算法加强最优分量信号中的故障冲击成分;最后,通过包络谱提取出轴承微弱故障特征。仿真和试验均表明,此方法能够自适应增强轴承微弱故障中的冲击成分,有效提取出被强噪声淹没的轴承微弱故障特征。     

基于FOA的变分模态分解在轴承故障诊断中的应用

变分模态分解(VMD)广泛应用于故障诊断中,从振动信号中提取故障特征是故障诊断过程中的关键部分。针对强背景噪声和脉冲干扰下滚动轴承早期故障特征难以提取的问题,提出了一种新的基于果蝇优化算法(FOA)的变分模态分解的轴承故障诊断方法。首先,利用果蝇优化算法自适应优化VMD的惩罚参数α和分解数K,获取最优参数组合;然后,对信号进行VMD分解,得到K个模态分量;最后,基于峭度最大化准则选取最优模态分量进行包络解调分析,提取出故障特征频率。通过仿真信号分析、实际故障轴承信号验证以及与基于果蝇优化算法的多分辨奇异值分解(MRSVD)方法进行对比,证明了所提方法的有效性。     

自适应MCKD和VMD在行星齿轮箱早期故障诊断中的应用

针对行星齿轮箱早期故障信号微弱且受强背景噪声影响,致使故障信号特征频率难提取,通过自适应最大峭度解卷积（MCKD）和变分模态分解（VMD）进行早期故障特征提取。首先,利用变步长搜索,以峭度值为评判标准,搜索最优滤波器长度L;然后,将信号通过优化后的自适应MCKD算法降噪;最后,利用VMD分解降噪信号,通过包络谱进行分析,寻找故障特征频率。经仿真信号和实验信号验证,这里所提方法能够有效地提取出强噪声背景下的行星齿轮箱故障特征。     

基于VMD多特征融合与PSO-SVM的滚动轴承故障诊断

滚动轴承处于早期故障阶段时,故障冲击特征成分难以提取,为了从轴承故障振动信号中提取特征参数,对轴承故障振动信号进行变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD),得到若干个本征模态分量(IMFs),计算各个IMF的能量熵与样本熵,并利用主成分分析方法(PCA)对其进行特征融合。最后利用粒子群算法(PSO)优化的支持向量机(SVM)对融合特征进行故障模式识别。轴承故障实验分析结果表明,所提方法能够有效实现滚动轴承故障诊断。     

基于SWT-MCKD的滚动轴承故障特征提取方法

针对在强噪声背景下轴承早期微弱故障特征难以提取问题.提出了一种基于同步压缩小波变换(Synchrosqueezing Wavelet Transform,SWT)和最大相关峭度反卷积(Maximum correlation kurtosis deconvolution,MCKD)相结合的滚动轴承故障诊断方法.首先采用SWT方法将多分量振动信号分解为若干内禀模态分量(IMT),然后选取合适IMT重构信号,对重构信号进行MCKD滤波,突出故障冲击成分,最后对滤波后信号包络解调,提取故障特征,实现滚动轴承的更准确诊断.     

基于VMD和MED的滚动轴承微弱故障特征提取

针对强噪声环境下滚动轴承故障特征信息非常微弱且难以提取的问题,提出基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)和最小熵解卷积(Minimum Entropy Deconvolution,MED)的滚动轴承微弱故障特征提取方法。基于VMD和MED的滚动轴承微弱故障特征提取方法首先采用VMD对滚动轴承故障信号进行分解,得到多个模态分量,由于噪声的干扰,很难从各个模态分量中提取有效的故障特征信息;然后根据相关系数准则,选取与原始信号相关系数较大的模态分量进行重构,再对重构后的信号进行MED降噪处理;最后对降噪处理后的信号进行Hilbert包络解调,从得出的包络谱中即可准确地提取到故障特征信息。轴承故障实验信号处理结果表明,该方法可以有效地降低噪声的影响,精确地提取滚动轴承微弱的故障特征信息。     

基于平均自相关和优化VMD的轴箱轴承故障诊断

针对动车组运行过程中轴箱轴承振动加速度信号非平稳特性以及较大的背景噪声导致故障特征难以提取的问题,提出一种平均自相关结合参数优化变分模态分解（variational mode decomposition,简称VMD）的轴箱轴承故障诊断方法。首先,利用平均自相关对原始信号进行降噪,增强故障周期性冲击信息;其次,以故障特征频率能量比相反数为适应度函数,利用哈里斯鹰优化算法（Harris hawks optimization,简称HHO）优化VMD的模态分量数和二次惩罚系数,实现对降噪信号的自适应分解并提取出最佳模态分量;最后,计算其平方包络谱进行故障诊断分析。仿真和试验结果表明：该方法能够有效地降低背景噪声的影响,稳定地提取出周期性故障冲击成分,实现轴箱轴承故障的准确诊断。     

基于DS⁃VMD及相关峭度的滚动轴承故障诊断

为了自适应确定变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)的有关参数,减少轴承振动信号处理过程中对先验知识的依赖,提出了一种基于微分搜索(differential search,简称DS)的VMD参数自适应寻优算法,结合相关峭度指标实现轴承故障特征自适应提取。首先,采用DS算法对VMD的相关参数进行自适应寻优,并对信号进行VMD;其次,计算各本征模态函数(intrinsic mode functions,简称IMF)的相关峭度值,并利用该指标对各分量进行加权重构;然后,对重构信号进行包络谱分析以提取轴承故障特征;最后,将所提出方法与通过经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)方法及人为确定参数的传统VMD进行对比。仿真信号和实验数据分析表明:DS算法可有效确定VMD相关参数组合,且所提出方法可以更加准确、有效地识别出滚动轴承故障特征频率;与快速峭度图方法对比,所提出方法依然可以获得更好的结果。     

基于JSO-VMD的滚动轴承故障特征提取方法

滚动轴承发生故障时,其机械振动信号包含复杂的信息成分,影响故障信号的提取,导致故障识别困难。文中提出一种基于水母优化算法（JSO）与变分模态分解(VMD)结合的滚动轴承故障特征提取方法。应用JSO对VMD算法中固有模态函数(IMF)的个数k以及惩罚因子α作自适应优化处理。运用JSO-VMD算法对原始振动信号进行分解,得到一系列IMF,应用包络熵最小原则选取包含故障信息量最多的IMF,即敏感模态分量,最后对敏感模态分量进行包络分析,提取故障特征频率。经实验分析结果表明,该方法可有效提取滚动轴承故障特征。     

基于MED和变分模态分解的滚动轴承早期故障诊断方法

针对滚动轴承早期微弱故障特征容易淹没于环境噪声中而难以提取的问题,提出了最小熵解卷积(MED)降噪和变分模态分解(VMD)相结合的滚动轴承早期故障诊断方法。首先以峭度最大为准则利用MED对轴承振动信号进行降噪处理,然后采用新的高精度多分量信号分解方法——VMD将降噪信号分解为若干个分量,最后通过分析最大峭度分量包络谱中故障频率成分诊断轴承故障。轴承实验分析结果表明了该方法的有效性。     

可变负载的准零刚度隔振器特性

由于载荷变化会削弱准零刚度隔振器的隔振特性，设计了一种可变负载的准零刚度隔振器。首先，阐述了该隔振器的隔振原理，建立了数学模型，分析了隔振器的静力学特性；其次，采用平均法研究了振动的主共振响应，得到了相对位移的幅频特性及振动的位移传递率，并分析了隔振参数对振动特性的影响。研究结果表明：该隔振器可以通过改变准零刚度弹簧的夹角，来适应负载的变化，而且角度增加能削弱共振，降低起始隔振频率；隔振器同时还具有渐硬-渐软特性，能压缩共振频段，降低向下跳跃频率，可变负载的准零刚度隔振器低频隔振性能优于普通准零刚度隔振器。     

考虑载荷变化的准零刚度隔振器动态特性

为了研究载荷变化对准零刚度隔振器动态特性及隔振性能的影响,首先,分析具有分段非线性特性的准零刚度隔振器静力学特性;其次,引入光滑函数,应用增量谐波平衡法得到准零刚度隔振器的周期解,分析载荷与激励幅值对隔振器动态特性的影响;最后,定义准零刚度隔振器的力传递率,分析载荷与激励幅值对其隔振性能的影响。研究结果表明:当激励幅值较大时,载荷变化会导致响应的常数项在共振区附近出现交叉折叠的现象;载荷与激励幅值的变化会改变隔振系统的共振频率、传递率峰值以及有效隔振频带,但该准零刚度隔振器的隔振性能仍优于线性隔振器。     

康复机器人准零刚度隔振特性分析与实验

为了解决康复机器人低频振动对人体的影响问题,提出并设计一种具有准零刚度特性的新型被动隔振机构,它由两个对称的具有负刚度特性的拉伸弹簧并联一个线性正刚度弹簧实现。首先,通过静力学特性,建立此隔振机构的力-位移和刚度-位移关系式,得出机构在静态平衡位置处具有准零刚度特性的参数条件;其次,通过动力学特性,建立其分别在简谐力和简谐位移激励下的非线性微分动力学方程,采用谐波平衡法分析机构参数与激励对系统力传递率、位移传递率的影响;最后,通过实验验证在有、无负刚度情况下,输入与输出的曲线。结果表明,在有负刚度机构的情况下,隔振系统具有一定范围的准零刚度特性,且低频隔振性能较好,达到了高静态、低动态刚度的效果。本研究对机器人低频隔振具有创新性和指导意义。     

磁流变弹性体变刚度隔振系统的设计与仿真分析

磁流变弹性体兼有磁流变液和弹性体的优点,其剪切模量可由外加磁场控制,在振动控制等方面具有广阔的应用前景。现有的隔振系统中隔振器刚度一般都是固定值,这使系统的隔振效果有局限性,对较低频率振动,尤其是共振时的隔离效果很差。提出了将可调刚度的磁流变弹性体隔振器用于隔振系统中．通过改变隔振器的线圈电流大小来控制磁流变弹性体的剪切模量,进而调整隔振系统的刚度,使系统获得更宽的隔振频率范围。设计了隔振器的结构,基于SimuLink软件对系统的隔振效果进行仿真分析．表明了设计的有效性．     

新型带限位元件的非线性隔振器设计及应用

针对传统的隔振器在解决负荷随转速变化的静压泵支撑基础的过度倾斜问题,采用理论分析和数值计算的方法,根据实际工程应用对象和避免共振的技术要求,设计了一种新型带限位元件的非线性变刚度隔振器,对其隔振效率进行了仿真分析和理论推导。通过试制新型隔振器并进行了安装测试实验,结果表明,新设计的隔振器隔振效率略高于原隔振器,静压泵的支撑基础基本处于水平位置,提高了系统的稳定性,且静压泵支撑基础的水平误差可通过调节隔振器的限位间隙来保证,具有实际工程应用价值。     

卫星遥感器微振动隔离用液体阻尼隔振器

针对卫星平台的微振动,提出了具有良好高频衰减及共振峰控制性能的松驰型液体阻尼隔振器。建立了松弛型液体阻尼隔振模型,从传递率的角度分析了提出的松驰型液体阻尼隔振器与传统隔振模型的区别。使用波纹管提供刚度及密封,基于小孔阻尼结构形式,设计了松弛型液体阻尼隔振器并求解了系统的阻尼因子。对所设计的隔振器进行了传递率测试,结果表明,松弛型液体阻尼隔振器在共振频率处能够提供大阻尼,将共振放大倍数控制在2倍以内;在高频隔振区能提供小阻尼,100Hz衰减率超过95%,隔振性能优于传统隔振器。得到的结果和理论预测吻合较好。该项研究对松弛型液体阻尼隔振器的设计以及其在遥感器微振动隔离的应用上具有很强的指导作用。     

A negative stiffness vibration isolator using magnetic spring combined with rubber membrane

The most important characteristic of a passive vibration isolator is its natural frequency and load capacity. The vibration isolation performance of a passive vibration isolator in low input frequencies is considerably improved by reducing its natural frequency. This paper presents a negative stiffness magnetic suspension vibration isolator (NSMSVI) using a magnetic spring combined with rubber membranes to obtain lower natural frequency. To study the vibration isolation performance of the NSMSVI, the stretching force of the rubber membrane is measured through experiments. The stiffness of the rubber membrane comes from the derivative of the stretching force. A parametric study of load capacity, axial magnetic stiffness, and natural frequency of the magnetic spring is also performed. Consequently, as a case study, the size dimensions of the magnetic spring are determined. An NSMSVI table is set up for experimental validation, after which the transmissibility curves of the NSMSVI are calculated and tested. Experimental results show that the lowest natural frequency of the NSMSVI reaches 1.5 Hz with a maximum attenuation of -40 dB between 0 Hz and 100 Hz, whereas the NSMSVI has the maximum load capacity at the lowest stiffness. This paper essentially provides an efficient method to construct a negative stiffness vibration isolator for practical applications.     

Adaptive control of a vehicle-seat-human coupled model using quasi-zero-stiffness vibration isolator as seat suspension

We propose the quasi-zero-stiffness (QZS) vibration isolator as seat suspension to improve vehicle vibration isolation performance. The QZS vibration isolator is composed of vertical spring and two symmetric negative stiffness structures used as stiffness correctors. A vehicle-seat-human coupled model considering the QZS vibration isolator is established as a three degree-of-freedom (DOF) model; it is composed of a quarter car model and a simplified 1 DOF model combined vehicle seat and human body. This model considers the changing mass of the passengers and sets the total mass of the vehicle seat and human body as an uncertain parameter, which investigates the overload and unload conditions in practical engineering. To further improve the vehicle ride comfort, a constrained adaptive backstepping controller law based on the barrier Lyapunov function (BLF) is presented. The dynamic characteristic of the active vehicle-seathuman coupled model under shock excitation was analyzed using numerical method. The results show that the designed controller law can isolate the shock excitation transmitted from the road to the passengers effectively, and both the vehicle and seat suspension strokes remain in the allowed stroke range.     

基于压电摩擦阻尼的四参数隔振系统等效建模与频变阻尼特性分析

在轨卫星搭载的高精度有效载荷对环境微振动异常敏感,从而对隔振系统的振动衰减性能提出了更高的要求。传统两参数被动隔振系统提高隔振性能时,常采用添加定常阻尼进行能量耗散的方式,但存在低频共振峰抑制与高频快速衰减不能兼顾的固有矛盾问题。为了解决这一问题,一种能够实现阻尼特性基于频率变化的四参数隔振系统被提出,采用归一化方法建立其系统传递率与等效阻尼理论模型,并与两参数和三参数隔振系统进行对比分析。基于四参数系统的频变阻尼等效理论,设计一种基于压电陶瓷致动器产生摩擦阻尼的具象化四参数隔振系统,考虑非线性摩擦阻尼的融合问题,并分析中间等效质量参数对阻尼频变特性的影响规律,最后对其频变阻尼特性和隔振性能进行了仿真与实验验证。结果表明：时域上,四参数隔振系统对随机信号的隔振率达到91.1%;频域上,相较常值小阻尼系统,四参数隔振系统在低频共振处的峰值性能提升5.46dB,且高频段保持相近的快速衰减,表现出低频大阻尼、高频小阻尼的频变阻尼特性。仿真与实验结果均表明,系统能够解决被动隔振系统中存在的高低频隔振性能之间的矛盾问题。     

空间光学载荷探测器组件抗冲击隔振设计

针对广角极光成像仪整机Z向冲击试验后探测器损坏的问题,提出在镜头组件与头部框架间设置隔振器的解决方法。首先,确定隔振方案为被动局部隔振;然后,从材料、刚度和安装方式等方面完成金属橡胶隔振器的设计。接着,运用有限元方法对结构进行模态分析和冲击载荷响应仿真分析。最后,对广角极光成像仪整机产品进行了力学实验,实验结果与仿真分析结果一致。实验结果显示:安装隔振器后,探测器位置测点的正弦振动加速度响应最大降低了26.2%,随机振动加速度响应最大降低了72%,冲击加速度响应最大降低了48%,说明该隔振器具有显著的减振效果。在实验完成后对产品进行检测,发现产品并无异常,说明结构设计满足要求。