基于改进快速峭度图的轴承故障诊断方法研究

针对传统快速峭度图在轴承故障诊断中,通过计算滤波信号的包络峭度确定频带范围容易受到随机脉冲干扰的问题,提出一种基于改进快速峭度图的轴承故障诊断方法。首先运用自相关算法、改进谱幅值调制(improved spectral amplitude modulation, ISAM)算法对包络信号进行处理,获取修正信号并以其频谱峭度衡量冲击响应的强度;然后以修正信号谱峭度代替传统快速峭度图中的包络峭度,得到可降低各频带随机干扰的改进峭度图;最后通过对3组信噪比不同的仿真信号、2组轴承试验信号的平方包络谱故障诊断情况进行对比分析,验证该方法的有效性和稳定性。通过与原始快速峭度图、功率谱峭度图、ISAM法3种方法对比,验证该方法的优越性。对比结果表明,所提方法可有效降低随机脉冲的影响,实现轴承故障特征频率的准确提取。     

基于MMSE和谱峭度的滚动轴承故障诊断方法

共振解调作为滚动轴承常用的故障诊断方法,存在带通滤波器参数难以确定的缺点,针对此缺点以及滚动轴承早期故障信号信噪比低的问题,结合最小均方误差估计方法(MMSE)和基于谱峭度的共振解调方法,并将其应用于滚动轴承早期微弱故障诊断中。首先用MMSE方法抑制白噪声来提高信噪比,然后利用谱峭度自适应确定最优带通滤波器参数,最后对带通滤波后的信号进行能量算子解调谱分析,得出诊断结果。数字仿真信号和实验信号验证了该方法的有效性。     

基于子频带谱峭度平均的快速谱峭度图算法改进

快速谱峭度图（Fast Kurtogram）算法具有能自适应选取共振解调频带并实现包络解调提取的优点,在滚动轴承包络分析中有广阔的应用前景,但其在实际应用中,若被采集信号中包含有较高峰值的脉冲干扰时,将可能导致谱峭度图的自适应共振带确定失效,最终导致无法获得包含有效滚动轴承的故障特征信息的包络信号。为解决快速谱峭度图算法的上述不稳定问题,本文提出了一种基于子频带谱峭度平均的改进快速谱峭度图算法,其可有效消除或削弱脉冲干扰成分对谱峭度图结果的影响,提高了共振解调频带确定的鲁棒性,实现了基于快速谱峭度图算法的滚动轴承故障特征准确提取。仿真和试验结果验证了本方法的有效性。     

基于VMD和谱峭度的滚动轴承早期故障诊断方法

针对滚动轴承故障信号为多分量非平稳振动信号、故障早期特征微弱诊断困难的问题,该文提出变分模态分解(VMD)结合谱峭度的滚动轴承早期故障诊断方法。首先对振动信号进行VMD分解得到若干分量信号,选择峭度最大分量作为最优分量,然后对最优分量进行快速谱峭度计算并进行带通滤波、凸显故障冲击成分,通过分析滤波信号包络谱中故障频率成分实现故障诊断。实验数据分析结果表明该方法能有效诊断轴承早期故障,有一定的工程应用价值。     

形态分量分析和谱峭度在轴承故障诊断中的应用

滚动轴承发生故障时,其振动信号往往包含多种振动分量,主要由轴承自身固有振动引起的谐振分量、点蚀或裂纹等故障产生的冲击分量和其他的干扰分量组成。实现故障信号中各分量的有效分离非常有利于轴承的故障诊断。针对此问题,提出形态分量分析和谱峭度相结合的故障诊断方法,首先用形态分量分析处理轴承故障信号,使信号中的冲击分量与谐振分量分离,再以谐振分量为对象,利用谱峭度方法对谐振分量进行滤波,对滤波结果进行Hilbert包络解调分析,然后根据包络谱诊断滚动轴承发生的故障。实验结果表明,这种方法可以提取到明显的故障特征频率,从而验证了该方法的有效性。     

基于典型谱相关峭度图的滚动轴承故障诊断方法

针对工程实际中滚动轴承发生故障的类型具有典型性和故障冲击信号具有周期性的特点,提出了一种典型谱相关峭度图算法。该算法在借鉴典型谱峭度图算法区间划分的思想基础上,将相关峭度指标代替峭度指标,不但避免了宽频带解调引入的噪声干扰,而且充分利用了典型故障冲击的周期性信息,并通过优化谱相关峭度值,快速定位典型故障冲击信号所在的频率区间,并将该算法应用于最优解调频带的确定。通过对仿真信号和轮对轴承实验信号的分析表明,该算法无论在准确性还是在稳定性方面均表现出了极大的优越性,能够有效的自适应定位共振频带。     

基于AR模型和谱峭度法的滚动轴承故障诊断

自回归(AR)模型是平稳信号分析的重要工具,本文利用峭度最大原则确定AR模型最优阶次,然后利用此AR模型对滚动轴承故障信号进行预处理,剔除可线性预测的平稳成分,得到的残余分量中理论上只包含了噪声信号和信号的非平稳部分,从而降低了后期数据分析难度。谱峭度对于非平稳信号非常敏感,它可以将非平稳信号从噪声中检测出来,因此将两者结合起来可以更有效的对滚动轴承故障进行诊断,实验结果验证了此方法的有效性。     

基于包络谱带通峭度的改进谱峭度方法及在轴承诊断中的应用

快速谱峭度法(Kurtogram)是解决用于滚动轴承故障诊断的共振解调方法中带通滤波器中心频率和带宽参数确定问题的有效方法; Kurtogram以滤波后时域信号的峭度值作为滤波效果度量指标,然而该指标易受非高斯噪声和偶然性非周期冲击影响,可能导致滤波频带选择错误。考虑到偶然性冲击和非高斯噪声的包络谱与周期性冲击包络谱之间的特性差别,同时为了排除齿轮局部故障和转子碰摩等故障造成的冲击影响,提出按一定规则截取滤波后信号包络谱的中间段,并以该段数据的峭度值衡量周期性冲击响应的强弱,称为包络谱带通峭度;以包络谱带通峭度代替Kurtogram中滤波后时域信号的峭度值,得到一种改进的快速谱峭度方法。以仿真信号和实验室实测信号分析验证了该方法的有效性和优越性。     

基于LMD的谱峭度方法在齿轮故障诊断中的应用

针对齿轮故障振动信号的非平稳调制特性以及传统共振解调方法不易确定滤波器参数的缺点,提出了一种基于局部均值分解（Local mean decomposition,LMD）时频分析的谱峭度 （Spectrum Kurtosis,SK）分析方法,并将其应用于齿轮故障诊断。该方法首先利用LMD对齿轮故障振动信号进行分析得到时频分布,然后将时频分布按照不同的尺度分成若干不同的频段,计算每一频段内信号的谱峭度值,并得到相应的峭度图,再根据峭度最大原则选取滤波频段,对滤波后的信号进行包络分析以获得齿轮振动信号的故障信息。利用该方法分别对仿真信号以及齿轮故障振动信号进行了分析,结果表明,基于LMD的谱峭度分析方法能够有效地提取齿轮故障振动信号特征。     

基于EEMD、度量因子和快速峭度图的滚动轴承故障诊断方法

在基于EMD、谱峭度以及包络分析的滚动轴承故障诊断方法的基础上,提出了改进的基于EEMD、度量因子和快速峭度图的诊断方法。该方法首先将故障信号进行EEMD分解得到一组IMFs,然后使用提出的基于距离的度量因子筛选出最能表征故障信息的IMF分量重构信号,接着利用快速峭度图构造最优带通滤波器,最后将滤波后的重构信号进行包络分析并将包络谱与轴承故障特征频率进行比较从而诊断出具体故障。滚动轴承的内圈故障仿真数据以及工程实测数据均很好地验证了提出的改进方法的有效性,说明其具有良好的应用前景。     

基于峭度准则EEMD及改进形态滤波方法的轴承故障诊断

针对轴承故障成分常以周期性冲击成分出现在振动信号中,而冲击响应成分常被强大噪声淹没,造成轴承故障特征提取困难等问题,将集成经验模态分解(EEMD)与改进形态滤波方法相结合,在本征模态函数(IMF)及形态学结构元素(SE)选取时均以峭度准则为依据,对筛选出的IMF分量进行信号重构后,再进行基于峭度准则的改进形态滤波方法处理。结果表明,该方法可避免共振解调中中心频率及滤波频带选取,自适应性较好;通过对实际滚动轴承内外圈故障分析,该方法可清晰准确提取到故障特征信息,噪声抑制效果好,可用于轴承故障精确诊断。     

基于匹配追踪的复杂度分析方法在轴承故障诊断中的应用研究

提出一种新的基于匹配追踪算法的信号复杂度分析方法,用于实现对滚动轴承故障冲击频率的精确提取,从而实现故障的探测和诊断。仿真信号和实验信号的分析结果都表明本方法在强噪声干扰下有很强的提取故障冲击特征的能力,与包络谱相比有明显的优势。     

经验快速谱峭度及其在滚动轴承故障诊断中的应用

快速谱峭度(Fast Kurtogram,FK)通过构造有限冲击响应滤波器从频谱上将信号二分或三分为几个不同频带的分量后,判断每个分量的谱峭度大小以提取调制信息。该方法运算速度很快,但有时包含故障信息的频段无法被均分的谱峭度图容纳,甚至可能导致提取出的分量中无法检测到明显的故障信息。提出一种新的频谱边界划分方法用以优化快速谱峭度,并称之为经验快速谱峭度(Empirical Fast Kurtogram,EFK)。首先,将信号频谱的傅里叶变换函数中代表频谱趋势的成分提取出来,并搜索其极小值点序列;然后,以极小值点在频谱中的位置作为频谱划分的边界,采用Meyer小波构造滤波器并重构信号分量以求取峭度;最终,构造出一种新的快速谱峭度图,选择谱峭度最大的频段提取故障信息。该方法依据信号频谱的趋势划分边界可以有效地避免由于均分频谱导致的不合理现象,模拟信号及滚动轴承内圈、外圈故障信号证明了该方法的有效性。     

基于MED与自相关谱峭度图的滚动轴承故障诊断方法

滚动轴承振动信号往往信噪比较低,且具有较强的非高斯噪声,如何选择合适的解调频带一直是故障诊断的难点。自相关谱峭度图(Autogram)是新提出的一种最优频带选择方法,通过计算解调信号的平方包络的无偏自相关的峭度,能够有效地检测到解调频带及其故障频率;但此方法易受到噪声干扰,故障特征识别不明显;基于此,提出了一种基于最小熵解卷积(MED)与Autogram的滚动轴承故障诊断方法;该方法通过MED去除噪声,在得到最佳频带的同时,能够有效地突显故障特征。通过分析仿真信号及实验数据,将所提方法与快速谱峭度及现有方法进行了对比,结果表明,所提故障诊断方法能够准确地检测到解调频带及故障频率,突出故障特征和提高故障检测效果。     

基于谱峭度和Teager能量算子的轴承故障特征增强

共振解调法的难点在于带通滤波器的确定,谱峭度可根据信号特征寻找最优滤波器参数,很好地解决以上问题。然而谱峭度在对低信噪比数据进行处理时,滤波后的信号往往残留较大带内噪声,极大地影响了后续故障诊断的准确性。针对该问题,提出利用Teager能量算子追踪SK滤波信号的系统总能量,从信号能量的角度消除带内噪声,二次增强隐藏于噪声中的故障冲击特征,最后通过包络谱分析获得诊断结果。应用轴承故障仿真数据、实验室内圈和外圈故障数据验证了本方法的有效性。     

基于匹配追踪预处理的铁道车辆滚动轴承故障诊断方法

提出一种基于匹配追踪预处理的轴承故障诊断算法,避免了传统共振解调方法对带通滤波的经验依赖,消除了传统方法在处理环节产生的互调干扰频率成分,能够精确提取损伤轴承的故障频率。通过在轮对跑合实验台上进行试验验证,结果显示比传统共振解调方法有一定优势,可以更有效提取轮对轴承的损伤故障。     

基于小波方差谱熵的轴承故障诊断方法

本文提出了一种基于小波方差谱熵的故障诊断方法。该方法以信号的方差在小波域上分解形成的谱向量的熵值作为故障的诊断特征,建立了基于小波方差谱熵的故障检测及诊断模型,并提出了基于判别能力因子的小波基选择方法。试验结果验证了小波方差谱熵能有效地反映轴承信号特征并检测出故障类别,实验最后将本文方法同基于小波能谱熵的故障检测方法进行比较,实验结果表明本文建议的方法在检测率及时间上有显著提高。     

基于G-DPSO算法的决策树轴承故障诊断方法

针对机械设备状态监测与故障诊断技术中特征提取对诊断准确性的局限,从原始故障信号数据中提取出尽可能多的有用信息。提出通过最佳特征数据集对轴承故障进行诊断分析,分别从幅域和频域对故障数据进行特征提取。采用一种改善的粒子群(G-DPSO)算法对提取的特征数据集进行筛选,对传统粒子群算法权重系数进行优化,同时和故障诊断需要的决策树模型的信息熵增相结合,可以达到将最适合故障诊断的特征向量提取出来的目的。用5种轴承故障数据对所提方法进行实验分析,诊断正确率能达到97%之上,证明所提出的方法是有效、可靠的。     

基于Dice匹配的改进型匹配追踪算法

内积匹配准则作为一种搜索最匹配原子的方法,被广泛应用在传统压缩感知(CS)算法中。然而,由于该准则无法对相似向量进行准确度量,通常会导致最匹配原子的误判率高,无法满足更高精度的数据重构需求。针对这一问题,本文提出一种基于骰子(Dice)匹配的二次筛选选择性回溯匹配追踪(DSS-SBMP)算法,引入Dice系数匹配准则解决内积匹配准则对两向量间相似度度量不准确的问题;通过对原子进行二次筛选来减少原子所对应支撑集内的错误索引数,同时引入选择性回溯克服迭代过程中存在的回溯过度现象。仿真结果表明,DSS-SBMP算法在迭代过程中能够保留更多的正确原子,算法迭代次数小于子空间追踪(SP)算法,重构性能优于同类贪婪算法。     

一种谱峭度和Morlet小波的滚动轴承微弱故障诊断方法

提出一种基于谱峭度和Morlet小波的滚动轴承微弱故障诊断新方法。该方法利用Morlet小波的滤波特性,基于谱峭度表征的Morlet小波系数最大化原则,采用频带平移及外扩的方法自适应地在全频范围内定位由冲击信号激起的各个共振频带,再利用谱峭度和带宽这两个参数有选择地利用一个或若干个共振带进行轴承微弱故障诊断。与原有的谱峭度快速算法相比,该方法能有效避免一个共振带被人为分割为多个频带以及将非共振频带并入共振频带中的现象,从而提高了轴承故障诊断效果。另外,该方法避免了传统方法只利用一个共振带而丢弃其他频带的做法,可以利用找到的不同共振频带的轴承信息进行微弱故障特征增强,以提高微弱故障诊断性能。滚动轴承微弱故障实验证明了新方法的有效性。