基于遗传算法的差值形态滤波尺度参数优化方法研究

针对使用差值形态滤波提取故障特征时结构元素难以确定的情况,对尺度参数实行优化从而寻求其最佳尺度。首先对滚动轴承信号进行降噪处理,之后对信号进行差值形态滤波提取故障信号,通过遗传算法寻找到了结构元素尺度的最优解。通过仿真和试验研究表明,该方法取得的效果优于非优化的处理效果和包络解调法。     

形态滤波优化算法用于滚动轴承故障诊断

为了有效地从非线性、非平稳性的滚动轴承振动信号中提取有用的信息成分,提出了一种优化的形态滤波算法-Elman神经网络相结合的方法。首先,采用局域均值分解(LMD)将轴承振动信号分解成若干PF(product runction,简称PF)分量之和;然后,利用峭度最大准则选取PF分量,再用自适应多尺寸多结构元素形态滤波器对其进行滤波解调,进而提取出能量特征向量,作为Elman神经网络的输入参数;最后,区分滚动轴承故障状态和故障类型。仿真分析和试验研究表明,该方法能够有效地提取出滚动轴承的故障特征,与传统的高频共振解调方法相比效果更加明显,与小波包分析-BP神经网络故障诊断方法对比,显示出其具有更高的识别率,更加表明其可行性和有效性。     

基于小波包和细化包络分析的滚动轴承故障诊断方法研究

滚动轴承故障是旋转机械常见的故障之一,针对传统包络解调分析方法需要人为选定共振频带的缺陷,首先采用小波包变换滤波的方法提取滚动轴承固有频率共振频带的信号,并对提取的信号进行重构,滤除了其他信号的干扰．然后用Hilbert变换检波的方法对提取的重构信号实现包络解调,去除高频固有振动成分,诊断轴承的缺陷信息．为了进一步提高包络谱的分辨率,最后采用快速傅立叶变换-傅立叶级数（FFT—FS）方法细化频谱．并在ADBE-56-N4型交流电机上实测了6350型滚动轴承故障模拟信号,与理论分析基本吻合．     

改进形态滤波与LMD结合的滚动轴承故障诊断方法研究

为了消除噪声对滚动轴承故障诊断结果的影响,提出了一种改进形态滤波与局域均值分解(Local mean decomposition,LMD)结合的滚动轴承故障诊断方法,该方法首先利用LMD对滚动轴承的故障信号进行分解,采用峭度和相关系数准则剔除多余的低频分量,再用改进的形态滤波对选出来的PF分量进行滤波解调。最后,对滤波后的信号进行Hilbert包络谱分析,并且与LMD-Hilbert包络谱和直接Hilbert包络谱的结果进行对比分析。实验结果表明:该方法能够有效地提取滚动轴承故障的特征,诊断轴承故障位置。     

基于变模式分解降噪的滚动轴承故障诊断研究

变模式分解(Variational Mode Decomposition,VMD)是近年出现一种新的自适应分解方法,对其最小化可以把一个信号分解为固有模式。基于此,提出了变模式分解(VMD)降噪。首先通过VMD将故障信号分解为一系列模式,计算各模式与原信号的相关系数,再根据相关系数选择相应的分量进行重构以达到对原信号降噪的目地,之后通过差值形态滤波对重构信号进行解调以提取故障特征。为验证降噪的必要性和有效性,对比了直接差值形态滤波提取特征。仿真信号和对滚动轴承的实验证明了方法的有效性。     

基于迭代形态梯度解调算子的轴承故障检测

针对形态梯度算子结构元素需要单独选择,结构元素选择不当导致故障检测效果不佳的缺点,提出一种不需严格选择结构元素,通过形态梯度解调算子迭代提取脉冲信号的方法。对受到低频干扰的仿真脉冲调制信号和轴承故障信号的分析结果表明,此方法既抑制了噪声又充分突出了故障信号的冲击特征,对滚动轴承故障特征的提取效果更明显。具有计算速度快,不受低频干扰,结果准确稳定的特点。     

基于MED和峭度准则形态滤波的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承故障诊断问题,提出一种基于最小熵解卷积(Minimum entropy deconvolution,MED)和峭度准则形态滤波的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先通过MED对滚动轴承故障信号进行降噪处理,然后设计不同长度结构元素的形态滤波器对降噪后的信号进行差值形态滤波,最后利用峭度准则筛选出峭度值最大的最佳形态滤波分量,进行幅值谱分析提取轴承故障特征频率。应用该方法分析了滚动轴承内圈故障模拟信号和实验测试信号,取得良好的分析效果,证明了该方法的有效性。     

最小熵解卷积在滚动轴承早期故障诊断中的应用

滚动轴承发生早期故障时,轴承座的振动信号一般很微弱,且隐含的冲击成分常被淹没在强烈的噪声中,直接做频谱或包络谱分析,其故障特征很难提取。最小熵解卷积方法可以提高被分析信号的信噪比,突出隐含在故障信号中的脉冲成分。应用最小解卷积方法对滚动轴承滚动体、外圈和内圈三类典型早期故障信号进行了相应的解卷积滤波,然后进行幅值谱和包络解调分析,提取出了相应的典型故障特征。应用验证了最小熵解卷积方法在滚动轴承早期故障诊断中的有效性和优点。     

基于自适应增强差分积形态滤波器的滚动轴承故障特征提取方法

为了在强背景噪声下提取滚动轴承微弱的故障特征信息.提出一种新的自适应增强差分积形态滤波方法(Adaptive enhanced difference product morphological filter,AEDPO)用于滚动轴承早期的故障诊断.首先,结合已有的四种形态学滤波算子滤波的能力,提出一种改进的增强差分积形态滤波算子(Enhanced difference product morphological filter operation,EDPO),该算子具有在强背景噪声下提取周期性脉冲特征的能力.随后,针对形态滤波过程中最优的结构元素(Structuring element,SE)尺度选择问题,提出一种新的自适应选择策略,名为峭度特征能量积(Kurtosis feature energy product,KF).最后,EDPO算子凭借最优的SE尺度进行滤波处理,提取滚动轴承早期的故障特征.通过对仿真信号和实测滚动轴承内圈故障信号进行分析,结果表明AEDPO方法能够有效地在强背景噪声中提取滚动轴承微弱的故障特征,对比于传统的形态滤波方法更能体现该方法的准确性和优越性.     

基于相关峭度准则EEMD及改进形态滤波的轴承故障诊断方法

针对滚动轴承早期微弱故障常被强烈的背景噪声湮没,造成故障特征提取困难的特点,提出了基于相关峭度准则EEMD及改进形态滤波的轴承故障诊断方法。首先利用EEMD将轴承故障信号分解成有限个IMF分量,然后采用相关峭度准则选取分量并重构,再利用基于相关峭度准则的改进形态滤波对重构信号进行滤波解调,最后将滤波后的信号进行Hilbert包络谱分析,找出故障特征进行识别。试验表明:该方法能有效抑制噪声,特征提取效果更加明显,适用于轴承故障的精确诊断。     

数学形态学在数字滤波中的应用研究

针对传统滤波法因其理论上的局限导致作用效果单一的问题,在数字滤波领域引入形态学方法,提出了构造形态学滤波法的基本原则,改进对限制形态学方法优良特性发挥的缺陷,在实际应用中取得了良好的滤波效果。     

数学形态学和HHT在轴承故障诊断中的应用

数学形态学滤波算法具有很强的抑制脉冲干扰的能力,但滤除白噪声的能力却不及小波算法。针对这一不足,在对信号进行形态滤波之前先进行小波消噪,再进行HHT分析提取故障特征频率。通过仿真和示例证实了该方法可以有效地消除信号干扰噪声,提取轴承故障特征,达到对滚动轴承故障诊断的目的。     

正弦加载液压泵故障振动信号的阶比多尺度形态滤波方法研究

 液压泵在变载荷作用下会引起转速波动且发生幅值调制现象,振动信号呈现出明显的非平稳性,传统的滤波方法难于进行有效滤波。针对正弦加载液压泵故障振动信号提出一种阶比多尺度形态滤波方法,利用基于EEMD理论的时频阶比分析方法将正弦加载液压泵故障振动非平稳信号转化成角域平稳信号,再用多尺度形态滤波方法对角域平稳信号进行多尺度寻优和解调处理获得多尺度解调信号,并进行阶次谱分析得到振动信号的特征阶次。通过实验证实,该方法能对正弦加载液压泵故障振动信号进行有效滤波,且能提取出更多的有用故障信息。     

基于迭代自适应多尺度形态滤波的滚动轴承故障诊断

针对工业现场强噪声背景下振动信号特征信息提取困难和单尺度形态滤波时尺度选择的盲目性和随意性的问题,基于自适应多尺度形态分析(AMMA)的思想提出了一种迭代自适应多尺度形态分析(IAMMA)的滤波方法。该方法对振动信号进行多尺度形态差值迭代运算,每次采用的结构元素尺度逐渐增大,然后求多次滤波结果的平均值,达到滤除噪声成分的目的。对仿真信号和滚动轴承故障信号进行分析,结果表明,IAMMA较AMMA能够选取更为合适的结构元素尺度,提取更多的故障特征信息,滤波效果更佳,与Hilbert包络解调方法相比处理过程更加简捷,从而为轴承的故障诊断提供了一种有效的方法。     

参数优化的组合形态-hat变换及其在风力发电机组故障诊断中的应用

开闭-闭开组合形态滤波(Combination morphological filter,CMF)可以有效剔除振动信号中的脉冲干扰,顶帽(Top-hat,TH)变换充分反映出信号周期性的冲击特征,借鉴此两种形态算子的理论思想,提出一种新的数学形态算子——组合形态-hat变换。为准确描述形态学算子在振动检测应用中的理论依据,通过非线性滤波器频响特性的分析方法考察形态学算子的滤波性质。此外,针对数学形态算子中结构元素的尺度按经验选择的问题,采用粒子群优化算法(Particle swarm optimization,PSO)对组合形态-hat变换的结构元素尺度进行参数优化,提高数学形态算子在振动信号处理中的精确度。通过仿真信号和实测风力发电机组振动信号的分析结果表明,参数优化的组合形态-hat变换在抑制背景噪声和提取冲击特征方面具备优良的性能,并能够准确高效地识别出风力发电机组齿轮箱高速轴齿轮的磨损故障,具有一定的实际工程应用价值。     

多尺度柔性形态滤波在轴承故障诊断中的应用

针对经典的形态学滤波在取单一结构元素的情况下存在缺陷的问题,提出了一种基于多尺度柔性形态滤波的轴承振动信号滤波方法。多尺度柔性数学形态学在保留柔性形态学好的鲁棒性、滤除正负噪声和保留细节等优点的同时,进一步对其结构元素进行改进,以期获得更好的脉冲提取性能。将多尺度柔性形态滤波应用于轴承故障诊断,结果表明,其比经典的柔性形态滤波能更好地保留振动信号中的冲击脉冲,为轴承故障的进一步诊断打下基础。     

摆式列车未平衡加速度信号的数字滤波

在利用未平衡加速度信号获取摆式列车的控制信号时 ,由于存在车体横向振动等许多干扰 ,需要进行低通滤波 ,本文针对信号的特点设计了切比雪夫和巴特沃思滤波器 ,并对滤波结果进行了分析和比较 ,以获得较准确的控制信号     

融合量子理论的结构元素尺寸自适应调整策略

受量子理论启发,提出一种针对数学形态学结构元素尺寸自适应调整的新策略,以达到更优的冲击响应信号形态学提取效果。首先,结合量子理论建立起振动信号的量子系统,在此基础上提出了振动信号的量子比特数学表达式,用于刻画振动信号的状态;然后,针对机械振动信号的局部特点,分析1×3邻域的振动信号相关性,提出了机械振动信号在量子概率特征下的结构元素尺寸衡量算子;最后,依据尺寸衡量算子和自适应控制结构元素的长度达到更优的滤波效果。利用该策略对轴承冲击故障信号进行形态滤波,并与传统方法进行了比较,结果表明该方法可以有效提取信号的全局和局部特征。     

An optimal selection method for morphological filter’s parameters and its application in bearing fault diagnosis

The Mathematical morphological filter (MMF) is widely applied in vibration signal processing for fault diagnosis. The Structure element (SE) and the cutoff frequency of filter have important impacts on the filtering effect, but there is no selection principle of these parameters for vibration signal processing in fault diagnosis. In this paper, the working mechanism of the MMF is studied, and a novel technique with filter characteristics and selection criterion of the MMF is proposed. The filter characteristics of morphological filter are described through frequency response analysis. The relationship between the SE length and the cutoff frequency of MMF is put forward, and the quantitative selection method of SE in engineering is proposed to effectively remove the noise and detect the impulses. The method is evaluated using both simulated signal and experimental bearing vibration signal. The results show that quantized selection method can make MMF have the better filtering effect, and can reliably extract impulsive features for bearing defect diagnosis. The study provides a theoretical basis for the application of MMF in vibration signal processing.     

数字式开关电容带通滤波器设计原理

利用电容既能线性跟随单踪信号，又能抑制周期性混叠信号的双重能力，本文提出了分时传递信号的带通滤波原理及与原理相关的带通滤波器。调控电路分时传递的切换频率，将主频信号在一周期内由n条支路在其固定的1／n时段分时有效地传递，其合成即为滤波器传递的主频信号。对于其他频率成份的谐波信号，电路合成的传递函数趋于零，带通幅频曲线近于理想的窄方波，文中主要研究了n=4的滤波情形。本文为模拟信号的滤波提供了一种新的数字式处理方法与理论。