基于EMD的能量算子解调方法及其在机械故障诊断中的应用

为了提取多分量的AM-FM信号的频率和幅值信息,提出了基于EMD (Empirical mode decomposition)的能量算子解调法,并将它应用于机械故障诊断中。该方法首先采用EMD将多分量的AM-FM信号分解成若干个IMF(Intrinsic mode function)分量之和,然后对每一个IMF分量进行能量算子解调,从而提取多分量的AM-FM信号的幅值和频率信息。对机械故障振动信号的分析结果表明,基于EMD的能量算子解调法能有效地提取机械故障振动信号的特征。     

基于DEMD和对称差分能量算子解调的滚动轴承故障诊断

针对机械故障振动信号多为调制信号的特点,为了更好地提取多分量调幅调频信号的幅值和频率信息,提出了基于微分的经验模式分解(DEMD)与对称差分能量算子相结合的解调方法。利用DEMD算法将原始振动信号进行分解,得到若干个单分量信号;对每一个单分量信号进行三点对称差分能量算子解调,得到各单分量信号的瞬时幅值和瞬时频率,并计算出包络谱。将该方法应用于仿真信号和滚动轴承故障信号的诊断,实验结果表明,该方法能有效地提取机械故障信号的故障特征,实现旋转机械故障诊断。     

基于小波包熵与EMD的能量算子解调机械故障诊断

针对在强噪声背景下轴承振动信号的非线性,非平稳性以及调制源微弱难以提取故障特征的问题,提出了一种基于小波包熵值与EMD(经验模态分解)结合的能量算子解调故障诊断方法。该方法首先对信号进行小波包熵值降噪,进而选取相关度最大的IMF(本征模态分量)进行能量算子解调,从而实现了提取该分量下的故障信号的幅值和频率信息。对机械故障振动信号进行实验分析表明,相对于普通Hilbert解调法的运算精度与运算速度满足不了诊断需求的情况下,该方法能够有效解调出故障频率信息,实现对故障类别的推断。     

局部均值分解方法在调制信号处理中的应用

为了提取多分量调制信号的调制信息,研究了一种信号分析方法——局部均值分解(local mean decomposition,简称LMD)方法。LMD方法首先将一个多分量的调制信号自适应地分解成若干个具有一定物理意义的PF(product function)分量,其中每个PF分量为一个包络信号和一个纯调频信号的乘积,然后求出每个PF分量的瞬时幅值与瞬时频率,从而获得原信号完整的调制信息。本文用LMD方法对仿真信号以及齿轮故障振动信号进行了分析,结果表明该方法能有效地提取出信号的调制信息。     

SVD-LMD联合降噪和TEO的滚动轴承故障诊断

针对随机噪声背景下滚动轴承局部损伤信息提取困难的问题,提出了一种奇异值分解(Singular value decomposition,SVD)和局部均值分解(Local mean decomposition,LMD)联合降噪,并结合Teager能量算子(Teager energy operator,TEO)的特征提取新方法.首先,利用SVD方法对滚动轴承故障振动信号进行处理,初步剔除背景噪声;然后,使用LMD方法分解降噪后的信号,依据相关系数指标筛分出敏感乘积函数(Product function,PF)并加以重构;最后,对重构的信号进行TEO解调分析,将解调谱中幅值突出的频率成分与故障特征频率理论值进行对比,提取故障信息.结果表明,该方法可有效提取轴承局部损伤的特征频率,最终实现故障诊断.     

基于对称差分能量算子解调的局部均值分解端点效应抑制方法

局部均值分解(Local mean decomposition,LMD)在分析非线性、非平稳信号时表现出特有的分析能力,能够有效获得非平稳信号的时频特征,但是局部均值分解过程中的端点效应会导致分解结果失真,针对这一问题,从振动信号解调分析角度出发,提出基于对称差分能量算子解调的局部均值分解端点效应抑制方法,采用局部均值分解方法将原信号分解为一系列单分量信号,然后对每一个单分量信号进行三点对称差分能量算子解调,得到各单分量信号的瞬时幅值和瞬时频率,从而获得原信号的时频分布。为评价该端点效应抑制方法的抑制效果,定义一种评价标准,通过与其他两种端点效应抑制方法进行比较,验证该方法的优越性。仿真和试验结果表明该方法能够有效抑制LMD端点效应,实现旋转机械故障的有效诊断。     

基于EMD与自相关的能量算子解调机械故障诊断

针对在强噪声背景下早期轴承故障振动信号的非线性,非平稳性以及信号出现的复杂调制现象,提出一种基于EMD与自相关函数相结合的能量算子解调故障诊断方法。该方法首先根据信号的小波包熵值对信号小波包降噪,而后降噪信号进行EMD分解,提取相关度最大的IMF分量进行自相关函数分析的方法进一步抑制噪声对提取特征频率的干扰,然后对降噪处理过的信号进行能量算子解调,从而实现提取轴承的故障信号的幅值和频率信息。对机械故障振动信号进行实验分析表明,相对于单纯的小波包分析预处理存在的降噪效果不理想以及普通Hilbert解调法的运算精度满足不了诊断需求的情况,该方法能够有效解调出故障频率信息,以实现对故障类别的推断。     

基于VMD和对称差分能量算子解调的滚动轴承故障诊断方法

针对滚动轴承早期故障振动信号非平稳、强噪声,故障频率难提取的问题,提出了基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)和对称差分能量算子解调的滚动轴承故障诊断方法。首先,利用VMD方法将滚动轴承待分析信号分解成若干个模态分量;其次,根据峭度最大准则来选取被对称差分能量算子解调的模态分量,解调后获取待分析信号的幅值、频率信息并计算包络谱。实验结果表明:与传统能量算子相比,所提方法能突显故障特征频率并有效抑制虚假干扰频率,更有利于滚动轴承故障诊断。     

基于微分局部均值分解的旋转机械故障诊断方法

提出一种基于微分局部均值分解(Differential local mean decomposition,DLMD)的旋转机械故障诊断方法。该方法在局部均值分解(Local mean decomposition,LMD)过程中融入微分和积分运算。对原始信号进行k阶微分,然后对微分后信号进行LMD分解,对分解得到的各乘积函数(Production function,PF)分量循环进行一次积分和一阶LMD分解,直至循环k次,得到m个PF分量和残余分量,将所有PF分量的瞬时幅值和瞬时频率组合,便可以得到原始信号完整时频分布。将该方法应用于旋转机械故障诊断研究中,通过仿真和试验进行分析研究,结果表明,基于微分局部均值分解的旋转机械故障诊断方法能够有效地抑制虚假干扰频率,提高旋转机械故障诊断准确性。     

基于LMD和主分量分析的齿轮损伤识别方法

针对齿轮故障振动信号的非平稳特征,提出了基于局部均值分解(Local mean decompos ition,简称LMD)和主分量分析的齿轮损伤识别方法。该方法首先对齿轮振动信号进行局部均 值分解,将其分解成为若干个PF分量(Product function,简称PF),然后选取包含主要损伤信息的PF分量。从PF分量中提取能量和时域统计量等特征参数,组合成初始特征参数向量矩阵, 并进一步对初始特征参数向量矩阵进行主分量分析,得到齿轮振动信号的主特征分量,建立距 离判别函数,从而对齿轮工作状态进行识别。实验数据分析结果表明,本方法能有效地识别齿 轮损伤类型。     

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LMD和平滑Teager能量算子解调的电机滚动轴承故障特征提取

作为电机转子的支撑元件,电机轴承故障在电机故障中占有很大比例。针对电机滚动轴承振动信号多分量调幅调频的特点,提出一种基于局域均值分解(LMD)和平滑Teager能量算子的电机轴承故障特征提取方法。该方法首先通过LMD将多分量调制信号分解为若干个单分量调制信号,再运用平滑Teager能量算子对包含主要故障信息的分量进行解调,从而准确地分析出轴承的故障特征。模拟和实例证明了该方法的有效性。     

基于LMD能量特征的滚动轴承故障诊断方法

针对滚动轴承故障振动信号的多载波多调制特性,提出一种基于局域均值分解(local mean decomposition,简称LMD)能量特征的特征向量提取方法,并与支持向量机相结合用于滚动轴承的故障诊断。首先,采用LMD方法将复杂调制振动信号分解为若干单分量信号乘积函数(production function,简称PF);然后,对反映信号主要特征的PF基于时间轴积分,得到各PF分量能量矩并构造特征向量;最后,将其输入多分类支持向量机中,用于区分滚动轴承的故障类型与故障程度。对滚动轴承内圈故障、外圈故障及滚动体故障振动信号的分析结果表明,该方法能有效提取滚动轴承各工作状态信号的故障特征,能准确识别故障类型,同时对故障程度的判断表现出较高的识别率。     

基于奇异值分解和局域均值分解的滚动轴承故障特征提取方法

针对随机噪声干扰滚动轴承故障特征信号提取这一问题,提出一种基于奇异值分解(Singular value decomposition,SVD)滤波降噪与局域均值分解(Local mean decomposition,LMD)相结合的故障特征提取方法。该方法首先对原始振动信号在相空间重构Hankel矩阵并利用SVD方法进行降噪处理,再对降噪后的信号进行LMD分解,将多分量的调制信号分解成一系列生产函数(Product function,PF)之和,最后结合共振解调技术对PF分量进行包络谱分析提取故障特征频率。通过数值仿真和实际轴承故障数据的分析对比,表明该方法提高了LMD的分解能力,可有效辨别出滚动轴承实测信号的典型故障,提高滚动轴承故障的诊断效果。     

一种改进的暂态电能质量扰动检测方法研究

针对希尔伯特-黄变换算法(HHT)在检测电能质量扰动时端部存在失真及瞬时幅值分量不稳定等问题,提出了一种基于局部均值分解法(LMD)和Teager能量算子的暂态电能质量扰动检测算法,采用LMD算法分解扰动信号,提取所需能量信号,然后利用Teager能量算子法对该能量信号进行检测。最后,以不同的扰动信号为研究对象进行了试验,验证了改进算法的有效性。     

基于局部均值分解和奇异值差分谱的滚动轴承故障诊断研究

为了从复杂的轴承振动信号中提取微弱的故障信息,提出了一种基于局部均值分解(local mean decomposition,LMD)和奇异值差分谱的轴承故障诊断方法。首先通过LMD将非平稳的原始轴承故障信号分解为若干个PF(product function)分量,由于背景噪声的影响,难以从PF分量准确得到故障频率,对PF分量进行Hankel矩阵重构和奇异值分解,相应的得到奇异值差分谱,根据奇异值差分谱理论对某个PF分量进行消噪和重构,然后再求重构后PF分量的包络谱,便能准确地得到故障频率。仿真分析和滚动轴承内圈故障实例很好地验证了提出的改进方法的有效性。     

基于LMD谱分析的压气机转静子碰摩故障诊断

为了提取压气机转静子的碰摩故障特征,提出一种基于弹性支承振动应变信号的局部均值分解(LMD)谱分析方法。该方法通过在转子系统弹性支承垂直和水平方向的弹条上粘贴应变片,获取转子系统在工作过程中的振动应变信号,通过对振动应变信号进行LMD分解,并对LMD分解所得信号进行循环频率谱和切片谱分析,从而获得碰摩故障特征。分析结果表明:LMD可以对弹性支承振动应变信号进行有效分解;弹性支承振动应变信号经LMD分解得到第1个PF (Production function)分量的循环频率谱和各PF分量的切片谱均可提取转静子的碰摩故障特征频率。叶轮叶片的分解检查结果验证了该方法对转静子碰摩故障识别与诊断的有效性。     

LMD能量熵和SVM相结合的滚动轴承故障诊断

为实现小样本情况下对滚动轴承进行故障检测和分析,提出了基于局部均值分解(LMD)的能量熵和支持向量机(SVM)相结合的滚动轴承故障诊断方法。利用LMD信号处理方法将滚动轴承振动信号分解成有限个乘积函数(PF)分量,通过计算PF分量的能量熵进行故障特征提取,然后将提取的特征输入到SVM分类器中进行训练及测试,最终实现对滚动轴承的故障诊断。实验数据显示,在仅有少量样本条件下,LMD能量熵和SVM相结合的方法能够精确地对滚动轴承的故障类型进行识别和分类,这表明该方法对滚动轴承故障诊断的有效性。     

基于PCA和LMD分解的滚动轴承故障特征提取方法

局部均值分解(LMD)是一种自适应时频分析方法,并在轴承的故障诊断中成功应用,但是受噪声的影响比较大。为了最大程度地降低噪声的干扰,提出了主分量分析(PCA)与局部均值分解(LMD)相结合的故障诊断方法。该方法首先利用相空间重构将一维时间序列振动信号嵌入为等效的多维时间序列信号,然后利用主分量分析提取主要成分实现降噪,最后把降噪之后的信号进行LMD分解,分解成若干个乘积函数(PF)之和,对能量最高的PF1进行包络谱分析,提取出故障特征信息。通过仿真试验和轴承故障试验,结果表明该方法能够有效地提取出信号的故障特征,证明了该方法的有效性。     

归一化复域能量算子解调及其在转子碰摩故障诊断中的应用

归一化希尔伯特变换(Normalized Hilbert transform,NHT)解调采用经验AM-FM分解实现信号的包络信号(即瞬时幅值)和纯调频信号的分离,再对纯调频信号进行希尔伯特变换提取瞬时频率。与直接希尔伯特变换解调比较,归一化希尔伯特变换的解调效果有较大提高。然而,研究发现,经验AM-FM分解得到的纯调频信号可能存在易导致负频率出现的骑波,并且由于归一化希尔伯特变换求取瞬时频率仍采用希尔伯特变换,则不可避免地在端点处产生振荡。针对归一化希尔伯特变换解调存在的问题,提出可以消除骑波的改进的经验AM-FM分解以及基于复域能量算子的纯调频信号的瞬时频率估计,并在此基础之上进一步提出一种新的信号解调方法——归一化复域能量算子(Normalized complex Teager energy operator,NCTEO)解调,采用改进的经验AM-FM分解提取单分量信号的瞬时幅值,再用基于复域能量算子的瞬时频率估计对纯调频信号进行解调提取瞬时频率。通过仿真试验以及转子早期碰摩故障诊断的应用实例验证了归一化复域能量算子解调的优越性和有效性。