改进时频分析和特征融合在内燃机故障诊断中的应用

针对基于内燃机振动信号的故障识别诊断问题，首先提出一种基于阈值筛选的变分模态分解(VMD)、玛基诺-希尔时频分布(MHD)的时频分析方法，该方法针对Cohen类时频分布存在的交叉干扰项问题，通过阈值筛选法确定VMD算法的分解层数，从而将内燃机振动信号分解成一系列单分量模态信号，然后对单分量信号进行MHD时频表征及线性叠加得到时频聚集性优良、物理意义明确的振动信号时频谱图。再通过局部非负矩阵分解(LNMF)对时频图像特征进行提取，将提取的特征与振动信号时域参数进行特征融合，得到融合特征向量。对支持向量机(SVM)采用改进粒子群优化算法进行参数优选，然后对特征向量进行训练和测试，实现了内燃机的故障识别诊断。将该方法应用于内燃机气门间隙故障8种工况下缸盖振动信号的识别诊断试验，结果表明，该方法能够对不同工况振动信号进行有效识别分类。通过参数优选，最高识别率达到了99.17%，同时对比传统的最近邻分类器的分类结果，证明了该方法的优越性。     

基于VMD和自适应谱线增强技术的滚动轴承故障诊断

为了在噪声干扰下准确提取滚动轴承振动信号的故障特征,提出了一种将变分模态分解与自适应谱线增强技术相结合的轴承故障特征频率提取方法。首先采用VMD对原始振动信号进行分解和重构,然后通过自适应谱线增强技术对重构信号进行降噪处理,最后对降噪信号进行包络解调分析得到故障特征频率。利用滚动轴承仿真信号和实测信号检验了所提出的方法,并与VMD及小波分析+ALE方法进行对比分析,结果表明,VMD+ALE方法的滤波效果及检测精度更好,能够更加有效的提取轴承故障特征。     

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。     

基于MCKD和VMD关联维数的轴承故障特征提取AR模型

针对滚动轴承早期故障易受噪声影响难以准确提取特征信息的问题,提出了一种基于最大相关峭度解卷积(MCKD)和变分模态分解(VMD)关联维数的故障诊断AR模型.采用MCKD对滚动轴承振动信号进行降噪处理,滤除噪声影响;对降噪后的信号进行VMD分解,选择对故障特征敏感的IMF分量进行信号重构,并对重构信号建立AR模型,获取自回归参数;计算在指定嵌入维数上自回归参数的关联维数,对滚动轴承的故障进行诊断.实验结果表明,所提方法能够有效提取故障信号中的特征信息,证明了方法的有效性.     

基于Winger分布和奇异值分解的轴承故障诊断

为了充分挖掘Winger时频谱有效信息,研究提出一种基于振动信号Winger分布和奇异值分解相结合的轴承故障诊断方法。首先运用Winger分布分析原始振动信号,然后基于奇异值分解的方法分析Winger谱矩阵,得到反映机械故障状态特征的特征序列,最后将振动信号的Winger谱奇异值作为特征向量,使用支持向量机(SVM)进行故障诊断。实验结果表明,该方法能有效的提取故障特征。     

基于参数自适应特征模态分解的滚动 轴承故障诊断方法

针对强背景噪声下轴承故障信息难以有效提取的问题,提出一种基于参数自适应特征模态分解的滚动轴承故障诊断方 法。 首先,为了克服原始特征模态分解(FMD)需要依赖人为经验设定关键参数而不具有自适应性的缺点,提出基于平方包络 谱特征能量比(FER-SES)的网格搜索方法自动地确定 FMD 的模态个数 n 和滤波器长度 L;随后,采用参数优化的 FMD 将原轴 承振动信号划分为 n 个模态分量,并选取具有最大 FER-SES 的模态分量为敏感模态分量;最后,通过计算敏感模态分量的平方 包络谱来提取故障特征频率,从而判别轴承故障类型。 通过仿真信号和工程案例分析验证了提出方法的有效性。 与变分模态 分解(VMD)和谱峭度方法(SK)相比,提出方法具有更好的故障特征提取性能。     

基于VMD和奇异差分谱的滚动轴承早期故障诊断

针对强噪声环境下滚动轴承早期故障特征信息非常微弱且难以提取的问题,提出了基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)和奇异值差分谱的故障诊断方法。首先对轴承故障振动信号进行VMD分解得到一系列本征模态分量(Intrinsic Mode Functions,IMFS),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,对相关系数较大的分量构建Hanke矩阵进行奇异值分解,求取奇异值差分谱,从差分谱中确定重构信号的有效阶次对信号进行降噪处理;最后对降噪处理后的信号进行Hilbert包络处理,从包络谱中即可准确地提取到故障特征频率。仿真信号和工程数据处理结果表明,该方法能够有效地降低噪声的影响,精确地提取到轴承微弱的故障特征频率信息。     

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。     

VMD和奇异差分谱在齿轮早期故障诊断中的应用

针对齿轮故障振动信号的多分量、多频率调制特性且早期故障振动信号信噪比低,故障特征微弱难以提取的问题,提出了基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)和奇异值差分谱的故障诊断方法。首先对采集到的齿轮故障振动信号进行VMD分解,得到一系列窄带本征模态分量(band-limited intrinsic mode functions,BLIMFS),由于噪声的干扰,从各个模态分量的频谱中很难对故障做出正确的判断;然后根据相关系数准则,选取与原始信号相关系数较大的分量构建Hankel矩阵并进行奇异值分解,求取奇异值差分谱,从差分谱中确定重构信号的有效阶次对信号进行降噪处理;最后对降噪处理后的信号进行Hilbert包络谱分析,即可从中准确地识别出齿轮的故障特征频率。仿真信号和齿轮箱齿轮故障模拟实验结果表明,该方法能够有效地降低噪声的影响,准确地提取到齿轮微弱的故障特征信息。     

鲸鱼算法优化VMD-CNN在滚动轴承故障诊断中的应用

针对滚动轴承工作环境恶劣且采集到的振动信号具有非线性、非平稳性等特征,为了自适应提取故障特征以及提高轴承故障智能诊断准确率,提出基于鲸鱼算法（Whale Optimization Algorithm,WOA）优化变分模态分解（Variational Mode Decomposition,VMD）与卷积神经网络（Convolution Neural Network,CNN）相结合的故障诊断方法。首先,使用鲸鱼优化算法对VMD超参数进行寻优,找到VMD最优的分解层数与惩罚因子,并利用优化后的VMD对轴承原始信号进行分解。其次,用连续小波变换将分解得到的一维本征模态信号转化为相应的二维时频图。最后,将二维时频图作为二维卷积神经网络的输入,并对其输入的时频图进行深层特征提取与模式识别。实验表明,所提出的方法能高效提取故障特征,准确率高达99.78%。     

基于VMD-MDE和ELM的柱塞泵微弱故障诊断

针对早期微弱故障信号易受噪声干扰、难以提取和识别的问题,提出一种基于变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)多尺度散布熵(multiscale dispersion entropy,简称MDE)和极限学习机(extreme learning machine,简称ELM)的柱塞泵微弱故障诊断方法。首先,采集各状态的振动信号进行VMD分解,得到若干模态分量,根据各模态分量Hilbert包络谱中特征频率能量贡献率大小,提出以归一化特征能量占比(feature energy ratio,简称FER)为重构准则的变分模态分解特征能量重构法(variational mode decomposition feature-energyreconsitution,简称VMDF),对各模态分量进行信号重构;其次,计算重构信号的MDE,对各尺度散布熵进行分析,选择有效尺度散布熵作为特征向量;最后,将提取的特征向量输入ELM完成故障模式识别。柱塞泵不同程度滑靴端面磨损故障的实验结果表明,该方法不仅提高了模式识别效率,还可以更好地反映故障程度变化规律,具有较好的应用性。     

基于变分模态分解和PSO-SVM的起重机齿轮箱故障诊断

起重机齿轮箱的振动信号具有信噪比低、非线性的特点,需要一定的专业知识和经验才能实现故障诊断。为了实现起重机齿轮箱的智能故障诊断,提出了一种基于变分模态分解(Variation?al modal decomposition,VMD)改进小波降噪和粒子群算法(Particle swarm optimization,PSO)优化支持向量机(Support vector machine,SVM)的智能故障诊断方法。首先,利用VMD将振动信号分解,得到不同尺度的本征模态函数(Intrinsic mode function,IMF),将分解的高频分量进行改进小波降噪后和低频分量完成信号重构;然后,提取重构信号的特征参数构建特征向量,使用核主分量分析(Ker?nel principal component analysis,KPCA)对向量降维处理实现特征信息融合;最后,利用PSO优化后的SVM进行故障识别分类。实验验证表明,基于VMD改进小波信号预处理和PSO算法优化SVM的模型具有很高的识别准确率,能够有效、准确地对起重机齿轮箱的故障类型进行识别和分类。     

基于VMD和LSTM模型的航空液压管路卡箍故障诊断

航空发动机液压管路-卡箍系统中卡箍振动信号具有非线性和非平稳性的特点,难以从卡箍故障信号中准确识别出其故障类型。针对该问题,提出了一种基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)-长短时记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)神经网络模型的智能故障诊断方法。首先,利用遗传算法对VMD的模态分量k值和惩罚因子α进行参数优化;然后,将优化后的VMD对卡箍故障振动信号进行分解处理;最后,将分解后的模态分量输入LSTM网络中进行特征学习,从而实现卡箍故障的识别。实验表明:该方法实现了对卡箍螺栓松动状态、根部断裂状态、衬垫磨损等3种典型故障的精准识别,故障总体识别准确率能够达到98.5%以上,有效地提高了航空液压管路卡箍故障识别的准确率。     

基于变分模态分解和鲁棒性独立成分分析的内燃机缸盖振动信号分离

针对缸盖振动信号中燃烧信号和活塞敲击信号在时频域混叠严重难以分离的问题,用基于VMD和RobustICA的方法分离各独立源信号。通过试验测量内燃机单通道缸盖振动信号,首先对测得的信号进行消除趋势项及滑动平均等预处理,用VMD算法对预处理后的信号进行分解;然后用RobustICA算法提取独立成分,并用组合模态函数法对时域和频域相似性较高的分量成分进行组合;最后结合频谱分析、连续小波变换、相干函数法及倒拖试验对分离得到的结果进行识别验证。研究结果表明：在不同的试验工况下,该方法可以有效地从缸盖振动信号中分离出燃烧信号和活塞敲击信号。     

柴油机振动信号快速稀疏分解与二维特征编码

针对柴油机故障诊断方法中的信号时频表征及特征提取问题,提出一种基于振动信号快速稀疏分解与二维时频特征编码识别的柴油机智能故障诊断方法。首先,为了获得时、频聚集性优良的时频图像,提出一种随分解残差信号自适应更新Gabor字典的改进匹配追踪(adaptive matching pursuit,简称AMP)算法,利用AMP算法将柴油机振动信号分解后叠加各原子分量的Wigner-Ville分布,获取原信号的稀疏分解时频图像;然后,为提取时频图像的特征参量,提出了双向二维非负矩阵分解(two-directional,2-dimensional non-negative matrix factorization,简称TD2DNMF)算法,用于对时频图像的幅值矩阵进行特征编码,获取蕴含在时频图像内部的低维特征,并利用最近邻分类器实现了时频图像的自动分类识别。将提出的方法应用于4种不同状态柴油机气门故障的诊断试验中,结果表明,该方法能够获得无交叉项干扰、聚集性好的时频图像,使各时频分量的物理意义更加明确,并改进了传统图像模式识别中的特征参数提取方法,是一种有效的柴油机故障诊断方法。     

基于多尺度核独立成分分析的柴油机故障诊断

为提高利用缸盖振动信号进行柴油机故障诊断的精度和速度,提出了一种基于多尺度核独立成分分析提取故障敏感频带的柴油机故障诊断方法。首先,提出奇异值能量标准谱对缸盖振动信号中的微弱冲击特征进行增强;然后,对信号进行固有时间尺度分解,并基于相关性准则选择有效频带分量;最后,利用核独立成分分析消除有效频带之间的频带混叠,得到故障敏感信息集中的独立频带,并计算其自回归模型(auto regression model,简称AR)参数、模糊熵和标准化能量矩作为特征向量输入核极限学习机(kernel extreme learning machine,简称KELM)进行柴油机故障诊断。试验分析结果表明,该方法可以快速准确地提取缸盖振动信号中的柴油机故障敏感频带,增强故障敏感特征,故障诊断准确率达到99.65%。     

VMD的AR模型和关联维数在齿轮故障特征提取中的应用

针对齿轮故障信号的非线性及常伴有大量噪声干扰的问题,提出一种基于变分模态分解(VMD)的自回归(AR)模型和关联维数相结合的故障特征提取方法。该方法采用VMD将齿轮振动信号分解为一系列固有模态函数(IMF),通过频域互相关系数准则选取对信号特征敏感的IMF分量进行信号重构,对重构信号建立AR模型,并以AR模型自回归参数的关联维数作为特征量对齿轮的工作状态和故障类型进行识别。通过实测齿轮振动信号的分析,证明了所提方法的有效性。     

基于傅里叶分解方法的航空发动机转子故障诊断

针对传统时频分析法无法提取转子故障特征信息的问题,提出了基于傅里叶分解方法(FDM)的转子碰摩故障诊断方法。构造了调频调幅仿真信号,对比FDM、集合经验模态分解(EEMD)、变分模态分解(VMD)的分解结果发现,FDM能够实现仿真信号的完备性分解,且时频分辨率高。利用FDM对采集到的转子试验器机匣单点-转子全周碰摩试验故障数据进行诊断,不同算法故障信号分解结果的周期功率谱密度估计和故障特征提取结果表明,该方法具有更高的诊断可靠性,可有效地解决转子故障诊断问题。     

基于小波分析的发动机气门漏气故障诊断研究

对发动机气门漏气声学特性及其振动诊断机理进行了研究 ,在模拟实验的基础上对测取的燃爆段缸盖振动信号进行小波变换 ,比较了三种工况下各尺度小波分解信号能量与总能量之比 ,验证了理论研究的正确性。提取高频带内能量与总能量之比作为特征参数 ,有效地诊断了发动机气门漏气故障。