应用分形几何进行故障特征提取方法研究

针对分形客观展现事物原貌的特点,从工程应用的角度分别对信号的分形性验证,有效分析区间确定,分形性描述、刻画,设备状态的趋势分析等方面作了探讨,形成了基于分形几何的信号特征提取技术.     

形态学广义分形维数在发动机故障诊断中的应用

发动机故障信号是一种典型的非线性信号,分形几何理论为描述非线性故障信号的特性提供了一个有力的分析工具。广义分形维数能够很好的描述信号的几何特征和局部尺度行为,所蕴含的信息比单一的分形维数要深刻而全面。针对传统的广义分形维数计算方法的缺陷,本文提出基于数学形态学操作的广义分形维数计算方法,并对发动机正常、失火和气门间隙过大故障信号进行了分析,结果表明,与传统的盒计数法计算的广义分形维数相比,形态学广义分形维数能够更加有效地区分发动机在不同状态下的信号,并且数学形态学只涉及简单的加减和取大、取小运算,因此计算简单快速,为准确判断发动机故障状态提供了一种快速有效的新方法。     

基于数学形态学的分形维数计算及在轴承故障诊断中的应用

滚动轴承故障信号是一种典型的非线性信号,分形几何为描述轴承故障信号的特性提供了一个有力的分析工具。基于数学形态学的分形维数是在Minkowski-Boulingand维数基础上拓展的一种采用形态学操作计算分形维数的新方法。本文较详细的阐述了基于数学形态学的分维数计算方法,对比分析了与传统计盒维数方法的区别与联系,并对实际的滚动轴承正常、滚动体故障、内圈故障和外圈故障信号进行了分析,结果表明,基于数学形态学的分维数计算方法具有计算速度快,估计准确稳定的特点,为准确判断滚动轴承故障状态提供了一种快速有效的新方法。     

分形与几何特征融合的转子故障特征提取方法

转子系统故障信号是典型的非线性、非平稳信号,分形几何为描述转子系统故障信号的特性提供了一个分析工具,但仅仅依靠分形维数无法有效的提取转子系统的故障特征。本文引入紧密度和丰度两个量,与基于的分形维数一起,对转子系统故障信号进行分析;最后采用神经网络技术对转子系统的正常、不对中、不平衡、碰磨、松动五种不同的运行状态进行分类识别。实验结果表明,通过对分形维数和紧密度、丰度的联合可较好地评定和区分转子系统的运行状态。     

碳酸盐岩中爆破振动信号能量局部特征的多重分形分析

根据多重分形基本理论,建立了基于盒计数法的爆破振动信号多重分形谱模型,并开发了基于C++的多重分形谱分析平台。分别对碳酸盐岩中爆破地震波测试信号开展了单道、多道信号的多重分形分析,实现对爆破振动信号能量局部奇异性的精细化描述。研究成果为更好地在碳酸盐岩中应用化爆震源地震勘探方法勘探油、气资源奠定了重要基础。     

基于数学形态学分段分形维数的电机滚动轴承故障模式识别

电机轴承是旋转机械中应用最广且最易损坏的机械零件之一,分形维数可以有效地描述滚动轴承振动信号的复杂性和不规则性。基于数学形态学的分形维数具有计算速度快,估计准确的特点,可以正确地区分滚动轴承系统的状态和判断轴承系统的故障行为。本文阐述了基于数学形态学的分形维数计算方法,,针对扁平结构元素长度的选取缺乏指导性的问题,提出一种基于数学形态学的分段分形维数计算方法,运用该方法对电机轴承实测信号进行分析,结果表明,该方法在一定程度上提高了分形维数计算的科学性和精确性,在电机轴承故障模式识别领域是行之有效的。     

小波包与分形组合技术在爆破振动信号分析中的应用研究

基于小波包、分形技术的相似性,提出采用小波包、分形组合技术对爆破振动信号进行组合分析。采用小波包对爆破振动信号进行分解,通过各主分析小波包的重构系数验证了爆破振动信号的分形特性,通过对各主分析小波包的盒维数值进行分析及对比,更加细致地分析出爆破振动信号不同频带分量分形维数的变化。组合分析表明,盒维数值随着爆破振动信号小波分量频率高低而变化,提出将盒维数作为反映爆破振动信号频率成分的一个重要参量。小波包与分形组合分析技术的提出为研究爆破振动信号分形特征提供了新的研究思路。     

基于偏最小二乘法分形计盒维数的冲击定位方法

针对航空板结构健康监测需求,提出一种基于分形计盒维数的板结构分布式光纤冲击载荷定位方法。使用分形维数能够定量描述与刻画非线性系统行为的复杂性以及度量信号的不规则度。研究发现,光纤布拉格光栅(FBG)传感器冲击响应信号频谱的分形计盒维数与冲击距离以及冲击位置与光纤轴向角度存在关联,以此为特征参数可以实现对冲击位置定位。由于冲击响应信号频谱的分形计盒维数与冲击位置之间存在重复性、非线性等问题,采用偏最小二乘回归法,对多个传感器数据进行数据融合,提高了冲击点位置预测提高定位精度。该方法与时差冲击定位方法相比,无需高速FBG解调设备。     

多重分形去趋势波动分析及改进决策树在电能质量分析中的应用

通过多重分形去趋势波动分析方法分析了6种常见的电能质量信号,证明了电能质量信号具有多重分形特征.据此提出基于多重分形去趋势波动分析的电能质量特征提取方法,选取多重分形谱参数(hqmax、αmin、α0)和信号能量E作为特征向量矩阵,结合改进决策树分类,进行电能质量分析和识别.该方法与DTCWT、HHT和EEMD方法进行...     

断口定量分析的分形几何方法

近几年来,分形(fractal)几何已广泛地应用于材料的断裂分析。本文简要介绍了分形几何的发展概况及其几个主要定义,分析了一些简单不规则图形的分形维数的计算。把断口形貌统计地看作分形表面,进行了材料的断口的分析分析。根据断口的分形维数,人们可能去定量地追溯材料断袭时的力学行为。     

分形几何在内燃机振动信号分析中的应用

本文将分形几何引入内燃机振动信号的分析之中,用分维数描述振动信号的复杂程度。对缸盖振动信号的谱分析表明,可以用分维数描述缸盖振动信号。当气门发生故障时,分维数将较正常时小,由此可判断气门状态正常与否及故障类型。     

基于非线性几何不变量的轴承故障诊断方法研究

针对轴承传动本身具有非线性而在传统故障诊断中又被忽略掉的问题,提出了基于分形和混沌等非线性几何不变量的轴承故障诊断方法。该方法对测得的轴承振动时间序列去噪以后进行相空间重构,然后计算重构信号的分形维数、Lypunove指数、K熵、关联距离熵等多个几何不变量,并以此作为轴承故障诊断特征量,输入到径向基神经网络,对轴承故障进行模式识别。实验结果表明该方法能有效区别轴承各种故障状态,且为旋转机械的故障诊断提供了一种新方法。     

数学形态学分形维数广义估算方法及其应用

预测特征提取是设备故障预测中的关键问题,它直接关系到故障预测的可信性。滚动轴承故障信号具有典型的非线性特征,利用分形维数可以定量描述其复杂性和不规则度。首先对分形维数的形态学计算方法进行介绍,然后对形态学覆盖的定义进行扩展,提出了三种形态学分形维数广义估算方法,对其精确性和计算效率进行了对比分析。最后,提出基于形态学分形维数的和灰色关联分析的性能退化状态识别方法,采用轴承实测数据验证了该方法的有效性。     

三维表面粗糙度的均一性研究

基于分形几何理论,通过分析各种机加工表面的轮廓谱矩和表面谱矩的关系,给出了三维表面形貌的均一性定义和定量评价方法。实验表明：精车和平磨工件的高度,斜度均一性较好,而镗和铣加工表面高度,斜率的均一性都比较差;刨加工表面的高度均一性较好,但斜率均一性较差。     

基于多重分形与奇异值分解的往复压缩机故障特征提取方法研究

针对往复压缩机故障信息干扰耦合,振动信号呈现复杂非线性、非平稳等特性,提出一种基于多重分形与奇异值分解的多传感器故障特征提取方法。广义分形维数能够更精细的刻画信号的局部尺度行为,通过对多传感器信号进行多重分形分析,构成广义分形维数初始特征矩阵,应用奇异值分解法进行数据压缩,提取矩阵特征值作为故障特征向量。以往复压缩机传动机构为研究对象,通过振动信号提取不同位置轴承间隙大故障的特征向量,利用支持向量机作为分类器,与单一传感器多重分形法和多传感器单重分形法进行对比分析,验证了该方法的有效性。     

基于多重分形去趋势波动的机械故障诊断新方法

针对旋转机械系统故障信号的非平稳性、非线性等复杂特征,给出一种基于多重分形去趋势波动分析的机械故障诊断方法。该方法首先对原始信号进行去趋势处理,再结合多重分形理论提取多重分形谱面积和多重分形熵两个分形参数,并将其作为故障诊断的新判据,最后通过实验结果证明了方法的有效性,从而为机械故障诊断提供了一种新的方法。     

基于VMD及广义分形维数矩阵的滚动轴承故障诊断

提出基于变分模态分解及广义分形维数矩阵的滚动轴承故障诊断方法。对信号进行变分模态分解得到若干模态函数,根据不同权重因子计算得到每个模态函数的广义分形维数序列,排列构成广义分形维数矩阵,最后通过分析待测信号和各样本信号的广义分形维数矩阵的相关系数判断故障状态。实验结果表明该方法能精确、稳定提取故障特征,区分不同状态的信号。     

分段分形插值在工程频谱曲线中的应用

针对工程频谱曲线扫描后存贮空间大的问题,本文提出了扫描曲线分形插值点的自动识别方法,应用基于几何原理的分段分形插值模型自动求解压缩因子,使得工程频谱曲线的分形重构满足了工程要求。     

冻结立井爆破振动信号多重分形去趋势波动分析

针对基于配分函数的多重分形分析不利于局部标度特性突显的问题,把多重分形去趋势波动分析(MF-DFA)方法引入到爆破振动信号分析领域。研究表明:立井爆破振动信号具有多重分形特征,在周边眼不同装药形式下爆破信号MF-DFA谱和多重分形奇异谱具有显著差异,可作为判别周边装药结构形式的特征参数。MF-DFA谱图及其相关参数可以表征立井不同爆破方案下井壁振动响应状态特征,为炮孔装药结构和装药参数的识别与分类提供了一种有效的方法。     

爆破振动信号时频特征的三维分形特性研究

为进一步研究爆破振动信号能量特征,基于小波包变换方法对爆破振动信号时频能量特征进行分析。在二维矩形盒维数模型的基础上建立了计算三维曲面分形盒维数模型,并计算得到实测爆破振动信号时频能量谱的三维分形盒维数D3d=2.148 8。该分形维数满足空间分形条件2D3d3,验证了爆破振动信号时频能量谱具有三维分形特征。经研究三维分形曲面盒维数D3d与其剖面二维分形盒维数D2d之间的数值关系,表明计算空间分形曲面分维数的常规假设D3d=D2d+1并非严格成立。研究表明,所提出的长方体覆盖空间曲面的分形维数计算方法可行、有效,为进一步研究爆破振动信号特征、控制爆破地震效应提供了新的研究思路。