GEARBOX FAULT DIAGNOSIS BASED ON EMPIRICAL MODE DECOMPOSITION

Time synchronous averaging of vibration data is a fundament technique for gearbox diagnosis. Currently, this technique relies on hardware tachometer to give phase synchronous information. Empirical mode decomposition (HMD) is introduced to replace time synchronous averaging of gearbox vibration signal. With it, any complicated dataset can be decomposed into a finite and often small number of intrinsic mode functions (IMF). The key problem is how to assure that vibration signals deduced by gear defects could be sifted out by HMD. The characteristic vibration signals of gear defects are proved IMFs, which makes it possible to utilize EMD for the diagnosis of gearbox faults. The method is validated by data from recordings of the vibration of a single-stage spiral bevel gearbox with fatigue pitting. The results show EMD is powerful to extract characteristic information from noisy vibration signals.     

EMD模糊聚类法及在滚动轴承故障诊断中的应用

轴承故障是导致旋转机械失效的重要原因,故障诊断对保障轴承正常运行至关重要。文中提出经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和模糊聚类相结合的滚动轴承故障诊断方法,以经验模态分解所得内禀模态函数能量值作为特征向量建立模糊关系矩阵,基于欧氏距离建立模糊相似矩阵,基于传递闭包法建立模糊等价矩阵,利用λ截矩阵实现聚类分析与模式识别。实例验证该方法可对不同故障状态的滚动轴承准确分类,实现故障诊断,诊断过程简单、准确、有效,具有一定的实用价值。     

基于EMD与功率谱分析的滚动轴承故障诊断方法研究

针对西部油田大型设备故障信号的非线性、非平稳特征,提出一种基于经验模态分解方法EMD（empirical mode decomposition）和功率谱的分析方法。首先对滚动轴承振动信号进行经验模态分解,然后对分解后包含轴承故障特征信息的固有模态函数分量作功率谱分析,得到各分量的功率谱图,清晰直观显示出故障特征信号的功率谱,从混有背景信号和噪声的振动信号中提取轴承故障信息。由于EMD方法具有自适应特性,适宜于非线性、非平稳信号的分解,该方法应用于滚动轴承的故障振动信号分析中,结果表明,该方法能够突出滚动轴承振动信号的故障特征,从而提高滚动轴承故障诊断的准确性。     

经验模态分解停止准则及在故障诊断中的应用

停止准则是决定经验模态分解能否完整准确地提取出信号的内禀模态函数的重要因素之一,文中在总结现有的标准偏差(standard deviation,SD)准则、G.Rilling准则和能量差跟踪法的基础上,提出新的结合G.Rilling准则和能量差跟踪法的停止准则,并对这些准则进行仿真和实测数据的比较验证,试验结果表明,文中提出的停止准则优于SD准则和G.Rilling准则,为故障诊断提供更可靠的依据。     

基于阶次跟踪和经验模态分解的滚动轴承包络解调分析

针对齿轮箱升降速过程中振动信号非平稳的特点,将计算阶次跟踪方法与经验模态分解技术相结合,提出一种研究旋转机械瞬态信号故障诊断的分析方法。首先对齿轮箱启动时测得的振动信号进行时域采样,再对时域信号进行等角度重采样,将其转化为角域准平稳信号,然后对角域里的信号进行经验模态分解得到多个固有模态函数分量,最后对包含轴承故障信息的高频固有模态分量进行包络解调分析。结果显示：阶次跟踪技术能够有效地避免传统频谱方法所无法解决的“频率模糊”现象,将非平稳信号转化为准平稳信号;经验模态分解方法能够提取包含故障信息的固有模态分量,将两种方法相结合是对传统频谱分析法的有力补充,具有很广阔的应用前景。     

基于时序分析的经验模式分解法及其应用

经验模式分解方法可以将非线性非平稳信号分解为有限的固有模式函数,在故障诊断中这个固有模式函数常常就是故障信号。但当两侧端点不为极值点时,会造成三次样条拟合的极值包络线大大偏离实际值,并且随着分解的不断进行向内“污染”。提出采用时间序列建模与预测方法,对原信号两端点进行预测,有效地消除了端点效应。指出经验模式分解具有分解的自适应性特点。最后,给出了齿轮箱振动信号的应用实例。     

基于EMD解调的齿轮裂纹早期故障诊断研究

齿轮轮齿发生早期裂纹时,裂纹故障信号十分微弱。为了有效提取早期裂纹故障特征,文中提出基于经验模式分解(empirical mode decomposition,EMD)的早期故障诊断方法。该方法首先去除振动信号中的啮合基频及其谐波成分,得到残余信号,然后针对残余信号进行基于EMD解调分析和处理。仿真及工程实例分析结果表明,所提方法能成功地将齿轮早期裂纹故障信息从复杂的振动中提取出来,更有利于及早发现故障,并判断故障的严重程度。     

基于经验模式分解和最小二乘支持矢量机的滚动轴承故障诊断

为了有效提取设备状态信息,提出一种Renyi熵复杂性测度下的经验模式分解(Empirical mode decomposition,EMD)和最小二乘支持矢量机(Least square support vector machine,LS-SVM)的故障诊断方法.该方法先对振动信号进行EMD分解,得到多个基本模式分量(Intrinsic mode function,IMF)后,求出表征故障信息的若干个IMF的Renyi熵,再将其作为特征矢量输入LS-SVM进行故障分类.一个滚动轴承故障诊断实例说明该种方法的有效性.     

基于小波包分解和支持向量机的机械故障诊断方法

提出应用小波包分解和支持向量机进行机械故障诊断的方法。该方法将振动信号小波包分解后的频带能量作为特征向量,输入到由多个支持向量机构成的多故障分类器中进行故障识别和分类。试验结果表明,与神经网络相比,采用支持向量机进行故障诊断可以获得更高的诊断精度,表明该方法是有效的、可行的。     

基于LCD和局部Hilbert边际能量谱的滚动轴承故障特征提取方法

在定义局部Hilbert边际能量谱的基础上,提出了一种基于局部特征尺度分解(Local characteristic-scale decomposition,LCD)和局部Hilbert边际能量谱的滚动轴承故障特征提取方法。采用LCD方法对滚动轴承原始振动信号进行分解得到若干内禀尺度分量(Intrinsic scale component,ISC),然后对各个ISC分量进行Hilbert解调得到信号的时频分布。根据信号时频分布中能量分布确定频率段的下限和上限频率,从而得到相应的局部Hilbert边际能量谱,计算该频率段内信号的能量并将其作为故障特征参数。实验分析结果表明,所提出的方法能有效地提取滚动轴承故障特征信息。     

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。     

基于自相关的旋转机械振动信号EMD分解方法研究

提出基于自相关的振动信号经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)方法,该方法的步骤为,首先对振动信号进行自相关处理,然后再用EMD方法进行分解.该方法与直接用EMD分解的方法进行相比,具有如下优点, 能把受到严重干扰的信号的主要振动模态更清晰地分解出来;不用信号延拓就可以获得较好的分解效果,避免了延拓不好对EMD分解效果的影响.研究结果表明,该方法相对直接EMD分解的方法能更好地把主要的振动模态从振动信号中分解出来.该方法可广泛用于旋转机械振动信号时频分析领域.     

NEW METHOD FOR WEAK FAULT FEATURE EXTRACTION BASED ON SECOND GENERATION WAVELET TRANSFORM AND ITS APPLICATION

A new time-domain analysis method that uses second generation wavelet transform (SGWT) for weak fault feature extraction is proposed. To extract incipient fault feature, a biorthogonal wavelet with the characteristics of impact is constructed by using SGWT. Processing detail signal of SGWT with a sliding window devised on the basis of rotating operation cycle, and extracting modulus maximum from each window, fault features in time-domain are highlighted. To make further analysis on the reason of the fault, wavelet package transform based on SGWT is used to process vibration data again. Calculating the energy of each frequency-band, the energy distribution features of the signal are attained. Then taking account of the fault features and the energy distribution, the reason of the fault is worked out. An early impact-rub fault caused by axis misalignment and rotor imbalance is successfully detected by using this method in an oil refinery.     

基于EEMD分解和奇异值差分谱理论的轴承故障诊断研究

提出一种基于总体平均经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)和奇异值差分谱的轴承故障诊断方法。首先将非平稳的原始轴承振动信号通过EEMD方法分解成若干个平稳的本征模函数(intrinsic modefunction,IMF);由于背景噪声的影响,从各个IMF的频谱中难以准确地得到故障频率。对IMF分量构建Hankel矩阵,并进行奇异值分解,进一步找到奇异值差分谱,根据奇异值差分谱理论对某IMF分量进行消噪和重构,然后再求其频谱,便能准确地得到故障频率。实验结果表明,所提出的方法能有效地应用于轴承的故障诊断。     

基于EMD和ANFIS的自适应噪声消除研究

对于混入色噪声的混合信号,如果可以通过测量得到产生色噪声的白噪声,对白噪声进行非线性训练即可逼近色噪声,达到非线性滤波的目的.自适应模糊推理系统(adaptive neuro-fuzzy unference system,ANFIS)可以实现上述非线性逼近.文中在上述算法的基础上,提出一种EMD(empirical mode decomposition)-ANFIS的自适应色噪声消除方法,首先对混合信号进行EMD分解,得到各个内禀模态函数分量(intrinsic mode function, IMF),然后对分解得到的内禀模态分量进行ANFIS模糊消噪,最后对消噪后的各个分量信号进行叠加.由于所得内禀模态函数为近似平稳信号,且图形越来越趋于平缓,减小了ANFIS方法的逼近难度.在混合信号信噪比为2.840 7 dB时,经过EMD-ANFIS消噪后的估计误差比只经过ANFIS消噪后的估计误差减少11.74 dB,证明EMD-ANFIS方法的有效性.     

EMD方法基于径向基神经网络预测的数据延拓与应用

把基于径向基神经网络(radbas function,RBF)预测的数据延拓技术引入经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)时频分析领域,论述基于RBF神经网络预测的数据延拓技术原理,通过对非线性仿真信号基于RBF神经网络预测延拓研究表明,该延拓技术是有效的,并且把该延拓技术应用于转子横向裂纹的时频分析,获得良好的效果.该研究成果能广泛用于信号时频分析领域.