自适应改进双树复小波变换的齿轮箱故障诊断

针对双树复小波变换存在频率混叠以及参数需自定义的缺陷,提出自适应改进双树复小波变换的齿轮箱故障诊断方法。首先,利用双树复小波变换将信号进行分解和单支重构,采用粒子群算法将分解后分量峭度值作为适应度函数,选择双树复小波的最优分解层数;其次,对重构出的低频信号进行频谱分析提取故障特征,将单支重构后的各高频分量进行变分模态分解,通过峭度值获得各高频分量经变分模态分解后的主频率分量信号;最后,分析各主频率分量信号的频谱,识别齿轮箱的故障特征。结果表明,该方法与双树复小波变换和变分模态分解相比,不仅消除了频率混叠现象,提高了信噪比和频带选择的正确性,而且还提高了从强噪声环境中提取瞬态冲击特征的能力。     

基于DT-CWT自适应Teager能量谱的轴承早期故障诊断

针对滚动轴承早期故障特征信息难以识别以及带通滤波器参数设置依赖使用者经验等造成共振带不能有效确定并自适应提取的问题,提出了频带幅值熵的概念。在此基础上,将双树复小波变换和Teager能量谱结合,提出了基于双树复小波自适应Teager能量谱的早期故障诊断方法。首先,利用双树复小波将采集到的振动信号分解为不同频带的子信号,并计算各子带的频带幅值熵;然后,将熵值按升序排列后依次作为阈值,提取频带幅值熵大于阈值的子带,依据峭度指标确定最佳阈值,从而自适应并且有效地提取出共振带;最后,对共振带进行Teager能量谱分析,即可从中准确地识别出轴承的故障特征频率。通过信号仿真与实验数据分析验证了该方法的有效性。     

基于小波包自适应Teager能量谱的滚动轴承早期故障诊断

针对滚动轴承早期故障特征信息难以识别以及从小波包分解后的频带不能有效确定并自适应提取共振带的问题,提出了频带幅值熵的概念。在此基础上,将小波包变换和Teager能量谱结合,提出了基于小波包变换自适应Teager能量谱的早期故障诊断方法。该方法首先利用小波包对采集到的振动信号进行分解,并计算各子带的频带幅值熵。然后将熵值按升序排列后依次作为阈值,提取频带幅值熵大于阈值的子带,依据峭度指标确定最佳熵阈值以及小波包最佳分解层数,从而自适应并且有效地提取出共振带。最后对共振带进行Teager能量谱分析,即可从中准确地识别出轴承的故障特征频率。通过信号仿真与实验数据分析验证了该方法的有效性。     

基于双树复小波变换与样本熵的自适应降噪法

为了实现工程机械结构监测信号降噪效果的评价,将样本熵的概念引入双树复小波分解中,提出基于双树复小波变换（dual?tree complex wavelet transform, 简称DT?CWT）与样本熵（sample entropy,简称SE）相结合的监测信号自适应降噪方法（DT?CWT?SE）。首先,采用双树复小波变换对含有噪声的监测信号进行多层分解;其次,分别计算双树复小波分解所得的各尺度细节分量样本熵与相邻尺度细节分量的样本熵的差值,通过比较相邻各尺度样本熵之差的大小确定双树复小波最优分解层数;最后,根据各尺度样本熵的变化规律确定各层小波系数的降噪阈值,对降噪后的小波系数进行重构以实现信号自适应降噪。仿真分析与实验对比结果表明：该方法对监测信号去噪较彻底,且降噪后的信号失真度小,降噪效果以及保留原信号信息完整性的能力明显优于传统小波阈值降噪法。     

基于改进双树复小波变换的轴承多故障诊断

针对双树复小波变换产生频率混叠的缺陷,提出了改进双树复小波变换的轴承多故障诊断方法,该方法综合利用了双树复小波包变换和经验模态分解技术。首先,利用双树复小波变换将振动信号分解成不同频带的分量;然后,将各小波分量进行经验模态分解,获得各小波分量的主频率分量信号;最后,计算各小波分量的主频率分量信号的包络谱,根据包络谱识别齿轮箱轴承的故障部位和类型。通过仿真信号和齿轮箱轴承多故障振动实验信号的研究结果表明,该方法不仅消除了频率混叠现象,提高了信噪比和频带选择的正确性,而且提高了从强噪声环境中提取瞬态冲击特征的能力,能有效识别轴承的故障类型。     

双树复小波包和ICA用于滚动轴承复合故障诊断

针对滚动轴承复合故障信号特征难以分离的问题,提出将双树复小波包变换和独立分量分析(independent component analysis,简称ICA)结合的方法应用到滚动轴承复合故障诊断中。首先,利用双树复小波包变换将复杂的、非平稳的复合故障信号分解为若干不同频带的分量;其次,引入ICA对各个分量所组成的混合信号进行盲源分离,从而尽可能消除频率混叠;最后,对从混合信号中分离出来的独立信号分量进行希尔伯特解调,即可实现对复合故障特征信息的分离和故障识别。试验结果表明,该方法可以有效地分离和提取轴承复合故障的特征频率,验证了方法的可行性和有效性。     

改进双树复小波包变换及在故障诊断中的应用

针对双树复小波包分解存在频带错位和频带重叠的缺陷,提出了一种改进的双树复小波包分解算法。该算法通过交换高频子带节点小波包分解后的两节点频带顺序来消除频带错位缺陷,引入切比雪夫滤波器滤去除低频、高频子带理想通带范围之外的频率成分,以消除频带重叠缺陷。将改进双树复小波包谱峭度方法应用于齿轮箱故障诊断,首先将振动信号分解成不同频带的分量,然后利用谱峭度理论自动确定最优带通滤波器参数,获取最佳频带,再采用Hilbert包络解调,准确识别出故障齿轮的转动频率。实验结果表明,该方法能更有效地提取强噪声干扰下的齿轮箱微弱故障特征,验证了该方法的可行性和有效性。     

基于完全抗混叠DTCWPT和包络谱熵的轴承故障诊断

针对经典小波包和双树复小波包(dual tree complex wavelet package transform,DTCWPT)能量泄漏和频率混叠的缺陷,提出完全抗混叠的DTCWPT改进算法,该算法解决了经典小波包存在负频率以及经典小波包和DTCWPT滤波器频率不完全截止问题。根据高斯白噪声频率充满整个频带的特性,通过小波包变换对高斯白噪声进行分解,利用频带能量泄漏的定量分析方法,验证了改进DTCWPT具有完全的抗频带能量泄漏特性。将改进DTCWPT方法和包络谱熵引入到轴承故障诊断中,该方法的核心是:对轴承振动信号进行改进DTCWPT变换得到不同尺度的分解信号,分别计算各分解信号的包络谱熵,合并熵值较小的几个分量信号的包络谱,最后根据合并的包络谱来检测轴承故障。该方法在消除经典小波包变换和DTCWPT频率混叠和能量泄漏的同时还解决了小波包分量选择盲目的问题。最后应用轴承故障试验数据对该方法进行试验验证,结果表明:改进DTCWPT结合包络谱熵选择的方法能够很好提取出轴承故障特征频率的基频、倍频,提高了轴承故障的诊断效果。     

滚动轴承早期冲击性故障特征提取的综合算法研究

针对滚动轴承早期微弱冲击性故障信号特征难以提取的问题,提出了共振解调结合小波包系数熵阈值降噪的综合算法,用于准确确定并提取早期微弱冲击性故障引起的共振调制边频带。该算法应用时延相关和小波包系数熵阈值算法实现信号的双重降噪,并依据共振带能量比确定小波包分解的最佳分解尺度和选取熵阈值的最佳阈值,寻求共振带的最优解,然后进行共振解调提取故障信号特征。实验数据分析结果表明了该算法对滚动轴承早期冲击性故障提取的可行性和有效性。     

双树复小波与宽度学习在轴承故障诊断的应用

针对滚动轴承时域信号难以有效提取其故障特征,且信号频谱在高低频区域内较为存在对分类无意义的冗余特征使得故障分类模型在训练过程中做无用功的问题,提出使用双树复小波进行故障特征提取。在此基础上,将双树复小波和宽度学习模型结合,提出了基于双树复小波与宽度学习的滚动轴承故障诊断方法。首先,利用双数复小波将采集到的振动信号分解为不同频带的子信号;然后提取子频带作为特征向量;最后用宽度学习对样本进行训练以完成快速故障分类。     

基于双树复小波包变换的钢丝绳断丝损伤信号特征信息提取研究北大核心CSCD

针对钢丝绳断丝损伤信号特征信息难以有效提取的问题,提出一种基于双树复小波包变换与奇异值分解相结合的时频域特征信息提取方法。首先将钢丝绳断丝损伤信号采用双树复小波包变换为等长的频带子信号,构造时频域空间状态矩阵,然后采用奇异值方法提取各频带子信号的奇异值,组成表征各类损伤状态的特征向量,得到钢丝绳断丝损伤信号的特征信息矩阵。采用距离可分离性判据与传统时域特征信息提取方法相比较,结果表明双数复小波包变换与奇异值分解相结合的特征信息提取方法具有更强的分类能力。     

基于双树复小波与完全集合经验模态分解的滚动轴承故障诊断方法

针对滚动轴承振动信号故障特征不易提取的问题,提出了基于双树复小波与完全集合经验模态分解的滚动轴承故障诊断方法。首先,对信号进行双树复小波分解与重构,达到初步降噪的目的;然后,通过完全集合经验模态分解与互相关系数分析获得典型模态分量并进行信号重构;最后,分析重构信号的时、频域信息并与轴承故障特征频率对比完成轴承故障类型识别。仿真及试验结果表明,与小波降噪和集合经验模态分解相比,该方法有更好的降噪效果,能更准确地判断滚动轴承的故障状态。     

提高双树复小波的齿轮箱复合故障特征提取

针对双树复小波变换分解层数需要先验确定和重构后各子带出现的频率混叠现象,提出了一种改进双树复小波变换的齿轮箱复合故障特征提取方法。首先,确定双树复小波变换的分解层数和有效的子带;对得到的各子带进行去频率混叠,确保消除频率混叠现象,使每个子带仅含有唯一的特征频率;然后,用所提方法和现有VMD(Variational Mode Decomposition)进行对比,验证了所提方法的可行性;最后将所提方法应用于齿轮箱复合故障振动信号中,成功提取出齿轮剥落和轴承外圈故障。所提方法为齿轮箱复合故障特征提取提供了一种新的思路。     

基于DT-CWT和奇异能量差分谱的滚动轴承故障诊断研究

滚动轴承故障信号具有非平稳、能量低等特征,为了能够准确、有效地检测出轴承故障,提出了将双树复小波和奇异值能量差分谱相结合的诊断方法。首先运用双树复小波对采集到的振动信号进行分解,再重构单支信号,由于噪声的干扰,从重构后分量的频谱中很难对故障做出正确的判断。然后对包含故障特征的分量求取奇异值能量差分谱,确定有效阶次进行信号重构降噪。最后对降噪信号求Hibert包络谱,便能准确获得故障特征频率。通过信号仿真和实验数据分析验证了该方法的有效性。     

结合复小波包变换及频谱校正的机械转子碰摩故障诊断方法研究

针对机械转子系统中碰摩故障发生时故障特征微弱及识别困难的问题,提出一种结合双树复小波包变换及频谱校正的故障诊断方法。首先对于振动位移信号中工频基波成分,采用频谱加矩形窗的频谱校正方法识别其谐波信息,通过构造补偿信号进行对消,以减少其对后续特征提取的影响。其次通过双树复小波包对补偿过的信号进行多尺度分解;最后对小波包子空间信号进行希尔伯特包络解调分析,通过瞬时幅值及瞬时频率信息诊断转子的动静碰摩故障。在转子实验台上进行了实验验证,结果表明提出的方法能有效提取转子碰摩产生的微弱故障特征。     

双树复小波和MED在齿轮箱早期故障诊断中的应用

针对齿轮箱轴承早期故障特征信号微弱且受环境噪声影响严重,故障特征信息难以识别的问题,提出了双树复小波变换(dual-tree complex wavelet transform,DT-CWT)和最小熵反褶积(minimum entropy deconvolution,MED)的故障诊断方法。首先对采集到的振动信号进行双树复小波分解,得到几个不同频段的分量,由于噪声的干扰,从各个分量的频谱中很难对故障做出正确的判断。然后对包含故障特征的分量进行最小熵反褶积滤波处理以消除噪声影响,凸显故障特征信息。最后对滤波后的信号进行Hilbert包络谱分析,即可从中准确地识别出轴承的故障特征频率。通过齿轮箱轴承故障模拟实验和工程应用实例分析验证了该方法的有效性与优越性。     

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。     

基于排列熵的小波包改进去噪算法研究

为了弥补传统小波包阈值去噪算法去噪参数选择完全依据人为经验的缺陷,引入对信号噪声含量变化敏感的排列熵算法,提出一种新的基于排列熵的小波包阈值去噪方法。对含噪信号进行小波包分解得到相应的小波包系数序列,并对其进行排列熵计算,通过分析小波包系数排列熵的变化规律来确定小波包分解层数与阈值以达到最优去噪效果。采用该方法对滚动轴承振动信号进行去噪分析,结果表明该方法去除噪声较为彻底,与其他参数去噪结果进行对比,验证了该方法的有效性。     

油液磨粒超声回波信号的双树复小波去噪研究

超声回波信号反映了润滑油中磨粒的大量信息。为了提取淹没在强噪声环境下的超声回波信号,提出了一种基于双树复小波变换(DT-CWT)的油液磨粒超声散射回波信号去噪新方法。利用双树复小波变换具有近似平移不变性和有效去噪等优点,首先对超声散射回波信号进行双树复小波分解,然后对分解得到的高频系数进行阈值处理,最后进行双树复小波重构。结果表明:分解层数为6层时,去噪后信号的信噪比更高、均方误差更小、相似系数更大、幅值最大偏差更小。双树复小波变换硬阈值去噪效果比传统小波去噪效果明显好。     

基于改进谐波小波包分解的滚动轴承复合故障特征分离方法

为解决滚动轴承单通道振动信号中复合故障特征难以分离的问题,提出了基于改进谐波小波包分解的轴承复合故障特征分离方法。首先,改进了二进谐波小波包分解方法,提出了连续谐波小波包分解方法,克服了信号分解后子带个数和带宽范围受二进制划分的缺陷;然后,采用谐波窗分解提取信号中频率成分集中的频段,根据轴承各单点故障特征频率确定分解层数,进行连续谐波小波包分解,利用能量算子包络解调得到子带信号中各个单点故障的权重因子;最后,重构轴承各单点故障信号,实现复合故障的特征分离和提取。对仿真信号和实测轴承内、外圈复合故障信号分析的结果表明,该方法能将轴承单通道复合故障信号分解到不同的通道中,实现了复合故障特征的分离,具有一定的工程实用价值。