谐波分解结合自互补Top-Hat变换的轴承微弱故障特征提取方法

针对轴承早期故障特征微弱,极易被背景噪声淹没而不能及时检测的问题,本文提出了基于谐波分解和自互补Top-Hat变换的轴承微弱故障特征提取方法。首先,通过改进广义谐波小波函数,使得信号分解后子带个数和带宽范围不受二进制分解方式的限制,并在此基础上应用谱峭度图方法确定信号中故障特征相对集中的最优频带;然后,对最优频带信号进行多尺度自互补Top-Hat变换,抑制背景噪声的干扰,突出微弱的故障冲击特征,并引入故障特征能量比的方法自适应确定最优结构元素的尺度;最后,通过包络解调提取出轴承微弱的故障特征。对仿真信号和实测轴承全寿命数据分析的结果表明,该方法能较为有效检测出轴承微弱的故障特征,具有较高的工程应用价值。     

基于最优品质因子信号共振稀疏分解的滚动轴承故障诊断

滚动轴承常常在复杂工况下工作,当滚动轴承出现局部故障时,其振动信号中除了与故障信息相关的周期性瞬态冲击成分外,还包含轴转频等谐波成分和背景噪声。因此,在滚动轴承故障早期,对滚动轴承振动信号直接进行包络解调分析往往效果不佳。针对上述问题,提出了基于最优品质因子信号共振稀疏分解的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先以信号共振稀疏分解低共振分量的峭度最大为目标,利用遗传算法对信号共振稀疏分解方法的品质因子进行优化,得到最优品质因子;然后利用最优品质因子对轴承振动信号进行信号共振稀疏分解,得到高共振分量和低共振分量;最后对低共振分量进行希尔伯特解调分析,提取轴承故障特征频率,进而诊断滚动轴承故障。仿真信号和试验信号的分析结果表明,该方法能有效提取轴承故障振动信号中的冲击成分,诊断轴承故障。     

基于自相关分析与MCKD的滚动轴承早期故障诊断

滚动轴承早期故障信号通常呈现出非平稳性、弱调制性、故障特征成分不突出以及背景噪声强烈等特点,有效提取轴承故障特征比较困难,因此难以准确判断轴承的故障位置。针对这一问题,提出了基于自相关分析与最大相关峭度解卷积(MCKD)算法的滚动轴承故障诊断方法:①利用有偏估计自相关分析方法对轴承信号作初步分析,抑制信号中噪声成分;利用MCKD算法对所得信号作进一步分析,突出信号中的原始冲击成分并进一步去噪,使得信号的信噪比进一步提高;③对信号进行包络谱分析,通过包络谱中的主导频率成分与滚动轴承各元件的故障特征频率对比从而判断轴承的故障位置。仿真数据和实测数据分析结果证明,所提方法能够有效提取故障信号中的特征信息,具有一定的有效性。     

基于增强型形态学滤波的风电机组轴承故障诊断方法

风电机组滚动轴承振动信号微弱故障特征易被背景噪声和其他频率干扰,提取难度较大.针对此类问题,提出一种增强型的形态学滤波及故障诊断方法.算法构造了一种新的形态学综合顶帽变换(morphological comprehen-sive filter-hat transform,MCFHT),将其用于强背景噪声下目标信号的故障...     

基于Teager能量算子的滚动轴承故障诊断研究

周期性冲击是判断滚动轴承局部损伤故障的关键特征,如何提取周期性冲击及其重复频率是轴承故障诊断中的关键问题。Teager能量算子能够估计产生信号所需的总机械能,对信号的瞬态变化具有良好的时间分辨率和自适应能力,在检测信号冲击特征方面具有独特优势。为了提取滚动轴承故障的特征频率,针对滚动轴承故障振动信号中的瞬态冲击特点,提出了基于Teager能量算子的频谱分析方法,利用Teager能量算子提取轴承故障引起的周期性冲击,通过瞬时Teager能量的Fourier频谱识别轴承的故障特征频率。分析了滚动轴承故障仿真信号和实验测试信号,并和包络谱方法进行了对比分析,准确诊断了滚动轴承元件故障,验证了该方法的有效性     

基于TVD和MSB的滚动轴承故障特征提取

针对滚动轴承故障冲击信号周期性强且易被背景噪声淹没的特点,提出一种基于二阶全变分去噪(TVD)与调制信号双谱(MSB)的滚动轴承故障诊断方法。该方法利用二阶TVD处理故障信号,包络谱相关峭度被用于确定滤波过程中的参数λ;为进一步抑制噪声干扰,对滤波后信号进行MSB分析,选取故障特征频率占比最大的5个切片进行平均得到复合切片谱,提取出轴承故障特征;通过分析复合切片谱,判断轴承故障类型。将该方法运用到轴承故障仿真和实验信号。结果表明,所提出的方法能够有效抑制强背景噪声的干扰,实现了滚动轴承的故障诊断,证明了方法的有效性。     

基于无迹卡尔曼滤波的动态贝叶斯小波变换在轴承故障诊断中的应用

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信号具有冲击性,且振动信号的频率成分因外界环境的影响而变得极其复杂的特点,提出了一种基于负熵和无迹卡尔曼滤波的动态贝叶斯小波变换方法。该方法将SE(Squared Envelope) Infogram方法应用到无迹卡尔曼滤波方法(Unscented Kalman Filter, UKF)中,利用SE Infogram确定滤波器参数初值,即中心频率与带宽的初值,结合UKF对中心频率与带宽进行优化,以最优中心频率与带宽对振动信号进行滤波分析,对滤波后的信号进行包络解调分析,实现轴承微弱故障特征的提取。利用负熵指标代替以往研究所用的峭度指标,可以有效消除或削弱高峰值干扰的影响。最后,通过对仿真信号和轮对轴承试验信号对提出的方法进行了验证。结果表明,该方法能够有效提取强背景噪声下轴承外圈、内圈故障和滚动体故障,验证了该方法对轴承微弱故障诊断的有效性。     

基于自相关与能量算子增强的滚动轴承微弱故障特征提取

针对滚动轴承(rolling element bearings, REBs)早期故障振动信号冲击成分微弱,受噪声影响故障特征难以提取,提出了基于自相关和Teager能量算子增强的滚动轴承微弱故障特征提取法。利用自相关计算和经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD),分别实现轴承振动信号整个频带随机噪声和低频噪声的抑制,突出故障冲击周期。同时,提出基于内禀模态函数(intrinsic mode function, IMF)能量比加权的互相关系数-峭度指标用于筛选最优IMF进行信号重构,强化重构信号中的故障信息。对重构信号作用Teager能量算子(Teager energy operator, TEO),得到故障冲击特征增强的瞬时能量序列,通过功率谱分析提取轴承故障特征频率。内圈故障仿真信号和滚动体故障实测信号分析表明,该方法能够有效抑制轴承振动信号噪声,对早期故障的微弱特征有显著增强作用。     

基于参数化滤波的旋转设备特征频率提取EI北大核心CSCD

针对强背景噪声下的特征提取问题,提出一种基于参数化滤波的旋转设备特征频率提取方法。对目标特征频率进行瞬时频率的初步提取;利用傅里叶基函数对初始瞬时频率进行拟合,得到所需特征频率的瞬时频率;根据提取出的瞬时频率和瞬时幅值重构出提取后的频谱图,从而达到对噪声进行抑制并准确提取所需特征频率的目的。使用仿真信号验证了该方法的有效性,对齿轮传动系统中行星齿轮箱振动数据、轴承外圈故障振动数据及轴承外圈早期故障进行试验分析。结果表明,该方法能有效提高信号的信噪比,准确提取特征频率,增强故障特征。     

基于自适应多尺度形态梯度变换的滚动轴承故障特征提取

滚动轴承故障信号是一种典型的周期性冲击信号,如何从含有强噪声的振动信号中有效的提取出冲击特征信号是轴承故障诊断的关键。基于数学形态学理论,本文提出了一种自适应多尺度形态梯度变换（AMMG）方法,它能够在有效抑制噪声的同时很好的保留信号的细节。仿真信号和实测轴承故障信号的分析结果表明,与常用的包络解调分析和近来提出的另一种基于数学形态学的形态闭变换方法相比析,自适应多尺度形态梯度变换具有更强的噪声抑制和脉冲提取能力,并且计算简单、快速,为滚动轴承故障特征提取提供了一种有效的方法。     

柔性薄壁轴承的周期性冲击背景特性及其分离

柔性薄壁轴承的内外圈是椭圆,这使得它和普通滚动轴承的振动特性完全不同。这种轴承旋转过程中椭圆长短轴会对轴承造成周期性冲击,这种正常的周期性冲击和轴承元件损伤引起的故障周期性冲击混合在一起,掩盖了故障周期性冲击。分析了这种正常周期性冲击的频率分布特点,根据奇异值和频率的内在关系,提出利用奇异值分解（Singular Value Decomposition,SVD）来消除这种正常周期性冲击,选择正常周期性冲击的频率成分对应的奇异值进行SVD重构,可以准确地分离出这种正常冲击,从而消除其对故障周期性冲击的干扰。进而采用连续Morlet小波变换对消除了正常周期性冲击的柔性薄壁轴承振动信号进行故障冲击特征提取,选择峭度最大的尺度为故障特征尺度,清晰地提取到了柔性薄壁轴承的故障冲击特征,故障特征提取效果优于没有消除正常冲击时的故障特征提取效果。     

基于自适应CYCBD和互相关谱的滚动轴承复合故障诊断方法

强背景噪声环境下,复合故障信号中的多特征提取与分离是实现滚动轴承复合故障诊断的重点与难点。提出了基于自适应最大二阶循环平稳盲卷积(CYCBD)和互相关谱的滚动轴承复合故障特征提取方法。首先,基于故障信号特点,通过设置CYCBD中不同的循环频率,提取不同频率的故障冲击成分,并以最大谐波显著性指数(HSI)为依据,自适应选取CYCBD的最优滤波器长度;然后,利用互相关分析进一步抑制信号中的噪声,提高信噪比;最终通过快速傅里叶变换(FFT)实现滚动轴承故障特征的提取。仿真和实测信号的分析结果表明,该方法能够去除背景噪声的干扰、提取滚动轴承复合故障特征,验证了方法的有效性。     

基于连续峭度优化的滚动轴承故障特征提取小波变换方法

为更有效提取滚动轴承早期故障中微弱冲击特征成分,提出基于连续峭度优化的小波变换故障特征提取方法。据连续峭度与小波能量相关程度,对原信号特征分量的小波系数及能量成分进行不同程度优化,强化故障信号中具有冲击特征的能量成分、削弱其它能量成分。通过优化的小波系数重构原信号特征分量,计算特征分量包络谱以提取冲击特征频率及相关倍频,实现对故障特征提取。通过仿真信号、实际轴承数据应用分析表明,该算法能强化冲击特征能量成分,能更有效提取早期故障中冲击特征。     

形态学滤波方法改进及其在滚动轴承故障特征提取中的应用

滚动轴承是旋转机械设备的重要部件,对滚动轴承的故障诊断研究具有重要的意义。滚动轴承故障会导致振动信号中出现冲击响应成分,可通过对冲击响应成分的周期的检测与提取,进行局部故障诊断。在分析形态学滤波方法的基础上,提出机构结构元素(SE)选择方法,并用于振动信号中冲击响应特征的提取。通过对仿真信号的处理验证了该方法的有效性,并将该方法用于轴承外圈、内圈局部故障状态下的特征的检测,结果表明该方法能有效提取周期性脉冲成分并抑制噪声。     

双树复小波和双谱在轴承故障诊断中的应用

针对非线性、非平稳且包含强烈的噪声的轴承故障振动信号难以有效提取故障特征信息进行故障识别的问题,提出基于双树复小波变换和双谱的故障诊断方法。首先利用双树复小波变换将故障轴承振动信号分解为若干个不同频带的分量,选择出包含故障特征的分量;然后对该分量进行希尔伯特包络解调;最后对包络信号求其双谱图,从而有效地提取出故障信号的特征频率,准确地进行故障识别。滚动轴承故障实验和工程应用表明,该方法能有效地提取故障轴承的故障特征频率,并且几乎可以完全抑制噪声,验证了方法的可行性和有效性。     

基于EEMD和自相关函数峰态系数的轴承故障诊断方法

针对滚动轴承故障冲击信号周期性强且易被强烈的背景噪声所淹没的特点,提出了基于EEMD和自相关函数峰态系数的轴承故障诊断方法。首先,对采集到的复杂振动信号进行EEMD分解,根据自相关函数峰态系数和峭度准则重构IMF分量以突出故障特征信息;然后,利用谱峭度自动确定带通滤波器的最佳中心频率和带宽;最后,将滤波后的信号进行包络解调分析并与理论故障特征频率对比。通过轴承故障的仿真和实验研究,验证了该方法的有效性和可行性。     

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。     

基于迭代滤波和快速峭度图的滚动轴承微弱故障特征提取

在强背景噪声干扰下,快速峭度图提取滚动轴承微弱信号故障的特征效果并不明显。将迭代滤波(Iterative Filtering,IF)和快速峭度图相结合用于滚动轴承的微弱故障特征提取。滚动轴承故障振动信号通过迭代滤波进行自适应分解得到一组内禀模态分量,用迭代滤波对强噪声滚动轴承信号进行降噪处理,用快速峭度图构造最优带通滤波器,将滤波后信号的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。通过仿真和试验验证了所述方法的有效性及优点。     

MCKD和RSSD在滚动轴承早期故障诊断中的应用

由于干扰噪声较强,共振稀疏分解在滚动轴承早期故障阶段并不能有效提取瞬态冲击成分。针对此问题提出基于最大相关峭度解卷积（Maxim Correlated Kurtosis Deconvolution,MCKD）和共振稀疏分解(Resonance Sparse Signal Decomposition,RSSD)相结合的故障特征提取方法。该方法首先利用MCKD对振动冲击信号进行处理,有效降噪并突出故障信号尖脉冲,然后使用共振稀疏分解将信号分解成包含谐波信号的高共振分量与包含瞬态冲击信号的低共振分量,最后利用包络功率谱根据低共振分量提取故障特征频率。通过仿真和试验验证了该方法可以准确提取故障特征频率,凸显故障特征。     

滚动轴承故障的EMD诊断方法研究

提出了一种基于经验模式分解（Empirical Mode Decomposition，EMD）的滚动轴承故障诊断方法。这种方法中，局部损伤滚动轴承产生的高频调幅信号成分被EMD分解作为本征模函数分离出来，然后用Hilbert变换得到其包络信号，计算包络谱，就能够提取滚动轴承故障特征频率。该方法被用于分析实验台上采集的具有内圈损伤及外圈损伤的滚动轴承振动信号。分析结果表明，与传统的包络解调方法相比，新方法能够更有效地提取轴承故障特征，诊断轴承故障，因而具有重要的实用价值。