基于支持矢量回归机的Hilbert-Huang变换端点效应问题的处理方法

Hilbert-Huang变换的端点效应表现在两个方面,对信号进行经验模态分解(Empirical mode decomposition, EMD)和对各个内禀模态函数(Intrinsic mode function,IMF)进行Hilbert变换时都会产生端点效应。为了克服 Hilbert-Huang变换中的端点效应,采用支持矢量回归机对信号延拓后再进行经验模态分解,该方法可以有效地克服EMD方法的端点效应问题,得到具有物理意义的内禀模态函数;然后再次采用支持矢量回归机对IMF分量进行延拓后进行Hilbert变换,可有效地抑制Hilbert变换中的端点效应,获得准确的瞬时频率和瞬时幅值,从而得到具有物理意义的Hilbert谱。对仿真和实际信号的分析结果表明,基于支持矢量回归机的数据序列延拓方法能有效地解决Hilbert-Huang变换中存在的端点效应问题,而且其效果优于基于神经网络的数据序列延拓方法。     

基于经验模态分解的瞬时相位分析方法的应用

提出了基于经验模态分解的瞬时相位分析的新方法。通过对振动信号作经验模态分解得到信号的固有模态函数，再求出各个固有模态函数的Hilbert变换，得到信号的瞬时相位．通过瞬时相位的傅里叶分析就可提取信号特征。介绍了该方法的基本原理，并应用于齿轮箱轴承的故障诊断研究，通过选取表征轴承故障的固有模态函数进行瞬时相位和傅里叶分析，就可提取轴承故障振动信号的特征。通过对轴承故障实验信号的分析．表明该方法能有效地诊断轴承的故障。     

采用二次经验模态筛选的谐波辨识方法

谐波辨识研究在智能电网发展中占有重要的地位,采用传统Hilbert-Huang变换(Hilbert-Huang transform,HHT)对该类非稳态信号进行处理时,会产生模态混叠、端点效应等影响信号分析精度的问题。针对此情况,提出一种模态筛选算法,采用屏蔽信号(masking signal)与原扰动信号叠加实现对模态混叠的抑制,通过端点非镜面对称延拓消减Hilbert变换(Hilbert transform,HT)后的端点"飞翼",并提出二次经验模态筛选算法来提高固有模态函数(intrinsic mode functions,IMFs)中所含频率的唯一性,从而改善对非稳态信号的分析精度。稳态和非稳态信号谐波辨识实验验证了该算法在谐波辨识中具有很高的抗干扰性和准确性。     

HHT新方法及其在齿轮箱故障诊断中的应用

为了克服Hilbert-Huang transform(HHT)中的端点效应,利用基于掩模信号法的端点处理方法,对信号进行外延后再进行empirical mode decomposition(EMD),在一定程度上克服了EMD方法的端点效应问题.同时利用掩模信号对intrinsic mode function(IMF)分量进行延拓后,再进行Hilbert变换,有效地抑制了Hilbert变换中的端点效应.系统仿真信号以及实测信号的验证结果表明该方法是有效的.     

基于HHT的非平稳信号分析仪的研究

本文介绍了希尔伯特-黄变换（HHT）的原理，首先通过经验模态分解（EMD），信号被分解成一系列固有模态函数（IMF），再通过Hilbert变换得到每个IMF的瞬时频率（IF）和瞬时幅值函数，最终得到原始信号的IF分布和Hilbert谱。Hilbert谱是信号的时间-频率-能量分布。为使HHT能有效分析非平稳信号，引入了改进HHT的方法，即在HHT过程中，将小波包变换（WPT）作为预处理器，外加IMF的筛选。采用虚拟仪器开发技术研制了一台基于HHT的非平稳信号分析仪。最后以HHT去噪为例，介绍了基于HHT的非平稳信号分析仪的应用。     

基于EMD的城市轨道交通走行部轴承故障监测系统北大核心CSCD

为了提高城市轨道列车运行的安全性,设计出一种适用于地铁、城际列车的轴承故障在线监测系统。监测系统通过复合传感器对列车走行部轴端振动和温度信号进行采集,以ARM3354为核心处理器,对采集的振动信号进行经验模态分解(EMD),依照相关性准则,选取最优的本征模态函数(IMF),然后通过希尔伯特包络谱(Hilbert)对信号进行分析,根据信号处理的结果确定相关的计算指标,并产生相应预报警信息,通过列车实时数据协议(TRDP)上传到列车控制监控系统(TCMS),以实现对列车运行过程中走行部轴承故障的实时监测。     

发电机组橡胶柱销联轴器异常振动噪声诊断

为诊断某型柴油发电机组产生的异常噪声故障,将经验模态分解方法(empirical mode decomposition,简称EMD)和Hilbert变换用于发电机主轴承的非平稳振动信号处理,有效提取了主轴承振动信号的时频特征,对机组振动噪声信号、发电机主轴承振动和轴系扭振信号进行了分析。诊断结果表明,由于柴油机激励下机组轴系扭振幅值过大,引起柱销联轴器橡胶件表面的相对运动,产生干摩擦作用力,导致机组轴系产生间歇性的异常振动噪声。该方法对旋转轴系部件摩擦引起的振动噪声故障诊断具有参考价值。     

EWT分解和SVD消噪在轴承故障诊断中的应用

针对经验模态分解在轴承的故障诊断中存在着固有模态函数频谱繁多杂乱的问题,提出了一种基于经验小波变换(empirical wavelet transform(EWT))和奇异值分解(singular value decomposition,SVD)相结合的轴承故障诊断方法。该方法首先利用EWT分解的自适应性特点,对故障信号进行分解,得到各分量信号,从而有效地减少模态混叠现象;再对各分量信号进行SVD分解重构,减少噪声的影响以消除随机干扰,最后对经过SVD重构后得到的各分量信号进行Hilbert变换,得到轴承的故障特征频率。通过仿真和实验验证,EWT和SVD相结合的新算法可以准确地提取出轴承故障特征频率的基频和倍频成分,有效地确定轴承故障。     

基于EMD和Hilbert包络谱的滚动轴承故障诊断

为了对旋转机械中滚动轴承的运行状态进行故障监测和诊断,提出了一种基于EMD和Hilbert包络谱的滚动轴承故障诊断新方法.通过在滚动轴承实验台上提取振动信号,用EMD对数据进行分解得振动信号的固有模态函数分量(IMF分量),然后对IMF作Hilbert包络并进行谱分析.结果表明,该方法能够准确地识别和诊断出滚动轴承的运行状态和故障类型,非常适合滚动轴承故障精确诊断,具有很高的工程实用价值.     

基于切削声信号与优化SVM的刀具磨损状态监测

提出了一种利用切削声实现刀具磨损状态多特征监测的方法。根据经验模态分解与Hilbert变换理论,提取切削声信号的内禀模态能量与不同频段的Hilbert谱能量作为监测信号的备选特征。采用支持向量机作为分类器,针对备选特征的有效筛选问题,利用多种群遗传算法对分类器的输入特征进行了优化,剔除备选特征中的干扰特征,利用多种群遗传算法对分类器的模型参数进行了优化。利用优化后的分类器对测试样本进行分类,并与优化前的分类结果进行了对比。结果表明,优化后分类器的分类性能得到了明显提升,该方法可以对刀具磨损状态进行有效识别。     

基于Hilbert谱的心率变异信号时频分析方法

心率变异性(heart rate variability,HRV)信号的频域分析方法是用来表征自主神经调控信息的基本方法。为了评估自主神经系统功能及对心血管活动的影响,提出一种基于Hilbert时频谱的HRV信号的时频特征提取和分析的新方法。对HRV信号进行希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform,HHT)以获得HRV信号Hilbert时频谱,依据短时程HRV信号的线性频域分析指标,得到不同生理频带的Hilbert能量棒形图,提取总能量、各生理频带的能量和其归一化能量以及生理频段的能量比值作为评价心率变异性的时频特征。对MIT-BIH数据库的年轻人、老年人样本和健康人、心衰病人样本的HRV信号分析表明,基于Hilbert谱的时频特征的区分性能好,有较清晰的生理意义,能反映人的生理病理变化,为短时程HRV信号分析提供了一种有效方法。     

Hilbert-Huang变换在齿轮故障诊断中的应用

为齿轮故障诊断提供了一种新的途径,将Hilbert-Huang变换引入齿轮故障诊断,提出了局部Hilbert能量谱的概念,同时根据齿轮故障振动信号的特点建立了两种基于Hilbert-Huang变换的齿轮故障诊断方法:基于EMD的频率族分离法和Hilbert能量谱方法。采用EMD(Empiricalmodedecomposition)方法对齿轮振动信号能有效地将各个频率族分离;局部Hilbert能量谱可以反映齿轮振动信号的能量随时间和频率的分布情况,从而可以提取齿轮振动信号的故障信息。将这两种方法应用于齿轮故障诊断中,结果表明,基于EMD的频率族分离法和Hilbert能量谱方法都能有效地提取齿轮故障特征信息。     

用HHT变换处理离心压缩机喘振试验数据

为了提取离心压缩机早期喘振特征频率,在对信号进行小波包降噪抽样后,利用Hilbert-Huang变换(HHT)进行信号特征提取。通过经验模态分解(EMD)得到若干固有模态函数(IMF),然后利用相关系数法对IMF进行筛选。通过趋势项和原始信号对比可知压缩机流量减少是造成振动的主因,最后对有效IMF信号进行Hilbert变换,并求其边际谱,提取压缩机喘振频率为7.3Hz。     

基于HHT的导弹发射冲击时频谱分析

为研究弹载部件在导弹发射过程中的冲击响应及冲击信号的传递特性,进行了基于希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform,简称HHT)的导弹发射冲击时频谱分析。由于经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)结果易受白噪声的影响,研究了总体经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)技术。以弹体不同位置的实测冲击信号为对象,应用HHT技术进行分析,准确得到了导弹发射冲击信号的固有模态函数(intrinsic mode function,简称IMF)和时间-频率-能量谱特征,并研究了两次冲击的频率分布和各阶IMF与原始信号的相关性。结合边际谱分析对比了两个舱段能量在中低频和高频的传递特性,进一步验证了HHT方法在分析非线性和非平稳冲击信号中的优越性。     

应用Hilbert-Huang变换的齿轮磨损故障诊断研究

提出了一种基于H ilbert-Huang变换的齿轮磨损故障诊断的新方法。H ilbert-Huang变换是先把时间序列信号,用经验模态分解方法分解成不同特征时间尺度的固有模态函数,然后经过H ilbert变换获得频谱的信号处理新方法。介绍了该方法的基本原理,并将H ilbert-Huang变换应用于齿轮箱中齿轮磨损故障诊断的研究,通过选取表征齿轮磨损故障的IM F分量进行边际谱和能量谱分析,就可提取齿轮故障振动信号的特征。齿轮故障实验信号的研究结果表明,H ilbert-Huang变换时频分析方法,能有效地诊断齿轮的磨损故障。     

Hilbert-Huang变换在齿轮裂纹故障诊断中的应用

提出一种基于Hilbert-Huang变换的齿轮裂纹故障诊断的新方法。Hilbert-Huang变换是先把时间序列信号,用经验模态分解方法分解成不同特征时间尺度的固有模态函数,然后经过Hilbert变换获得信号时频分布的一种信号处理新方法,将Hilbert-Huang变换应用于齿轮箱中齿轮故障诊断的研究。齿轮故障实验信号的研究结果表明,Hilbert-Huang变换时频分析方法能有效诊断齿轮的齿根裂纹故障。     

Diagnostics of gear faults based on EMD and automatic selection of intrinsic mode functions

Signal processing is an important tool for diagnostics of mechanical systems. Many different techniques are available to process experimental signals, among others: FFT, wavelet transform, cepstrum, demodulation analysis, second order ciclostationarity analysis, etc. However, often hypothesis about data and computational efforts restrict the application of some techniques. In order to overcome these limitations, the empirical mode decomposition has been proposed. The outputs of this adaptive approach are the intrinsic mode functions that are treated with the Hilbert transform in order to obtain the Hilbert-Huang spectrum.Anyhow, the selection of the intrinsic mode functions used for the calculation of Hilbert-Huang spectrum is normally done on the basis of user’s experience. On the contrary, in the paper a merit index is introduced that allows the automatic selection of the intrinsic mode functions that should be used. The effectiveness of the improvement is proven by the result of the experimental tests presented and performed on a test-rig equipped with a spiral bevel gearbox, whose high contact ratio made difficult to diagnose also serious damages of the gears. This kind of gearbox is normally never employed for benchmarking diagnostics techniques. By using the merit index, the defective gearbox is always univocally identified, also considering transient operating conditions.     

转子系统启动过程局部碰摩故障实验研究

通过转子台启动过程实验模拟了局部碰摩故障发生的过程，基于Hilbert-Huang变换（HHT）得到了不同程度局部碰摩故障的时频分布特征，给出了单点碰摩与局部碰摩故障的区分方法。实验分析结果表明，单点局部碰摩故障时频分布特征表现为瞬时频率沿基频的规律性的突变与波动，其强度与碰摩程度有关，并且突变时刻与碰摩发生位置相对应；局部接触碰摩发生时，时频图上基频成分波动变化加剧，出现低频及规律变化的高频成分。基于HHT的时频分布可以在转子系统发生局部碰摩早期发现故障，与传统的频谱分析相比，能更准确地反映碰摩故障的特征。