融合小波分解与时频分析的单通道振动信号盲分离方法

针对单通道振动信号盲源分离是一个病态问题,且传统的振动信号盲源分离方法往往忽略信号的非平稳性的问题,提出了一种融合小波分解与时频分析的单通道振动信号盲源分离方法。首先利用小波分解与重构将单通道信号转化为多通道信号,解决了盲源分离的欠定问题;然后利用基于时频分析的盲源分离算法分析非平稳信号,得到源信号的估计信号,实现了非平稳信号盲源分离。仿真和实验结果表明,该方法可以有效地解决单通道非平稳振动信号的盲源分离问题。     

基于经验模式分解的单通道机械信号盲分离

盲源分离是机械设备复合故障诊断的一种有效方法,经验模式分解是非平稳信号分析的有力工具,它将非线性、非平稳信号分解成为一系列线性、平稳的本征模函数信号。在机械故障信号盲分离中,单通道机械信号盲分离是一个病态问题。针对单通道机械信号盲分离的困境,综合盲源分离和经验模式分解各自的优点,提出基于经验模式分解的单通道机械信号源数估计和盲源分离方法。针对单通道机械观测信号进行经验模式分解,并将单通道信号和其本征模函数组成多维信号,利用奇异值分解估计机械源数目,根据源信号数目重组多通道机械混合信号,并利用FastICA算法实现机械信号的盲分离。将该方法应用于轴承和齿轮的仿真研究,正确分离出轴承和齿轮源信号,仿真研究表明,它能很好地解决单通道机械信号的源数估计和盲源分离难题。     

基于EEMD的单通道机械噪声信号盲分离

盲源分离在机械设备状态监测与故障预判中可以有效的去除干扰并恢复源信号,有助于信号进一步分析,具有重要应用价值。实际环境中机械信号通常是非平稳信号,经验模态分解对于解决实际应用中非平稳非线性的机械信号是一种有效方法。为了促进机械声学诊断的发展,解决混合声信号难处理的问题,同时为了降低实际信号采集成本,本文提出基于EEMD与Fast-ICA相结合的单通道机械噪声信号盲源分离方法,奠定机械声学故障诊断的基础。该方法利用EEMD算法将单个传声器接受的观测信号分解成多个IMF分量,然后选出合适的IMF分量与单通道信号组合,再利用特征值占优比估计源数目,以此为依据重构多维观测信号,实现单通道升维,最后利用Fast-ICA恢复机械信号。并将该方法用于三台异步电动机噪声信号的单通道盲分离实验,分离效果良好。     

基于阶比滤波的单通道缸盖振动信号盲源分离

传统盲源分离方法要求传感器观测信号数目不小于源信号数目,且在源信号平稳、相互独立的前提下,才能得到较为准确的分离信号,但对于发动机缸盖振动非平稳信号,由于激励源较多,这些条件不易满足。为实现缸盖振动信号盲源分离,提出了基于阶比滤波的单通道缸盖振动信号盲源分离方法。利用燃爆激励信号频率随转频变化的先验信息,通过阶比滤波得到阶比分量,将阶比分量和单通道信号组成多维观测信号,通过快速独立成分分析方法得到了缸盖振动非平稳信号的分离信号。仿真和应用研究证明了该方法的有效性。     

基于核函数的二阶盲辨识的单通道信号盲分离方法研究

调整权值的二阶盲辨识(WASOBI)算法已应用于故障诊断领域,但尚不能在欠定状态下对复合故障进行诊断。将该算法与核函数相结合实现了欠定盲源分离,并将其应用到复合故障诊断中。首先运用核函数将单通道信号构造为多维信号,并利用K-SVD源数估计方法估计出源信号个数,然后根据估计的结果重构出正定的观测信号矩阵,解决欠定问题,最后采用调整权值的二阶盲辨识算法将各故障源信号分离出来。仿真分析和实验结果表明,该方法能有效地解决欠定盲源分离问题,并使轴承各故障源信号分离,实现复合故障诊断。     

ASTFA-BSS方法及其在齿轮箱复合故障诊断中的应用

自适应最稀疏时频分析（adaptive and sparsest time-frequency analysis,ASTFA）方法以分解得到的单分量个数最少为优化目标,以单分量的瞬时频率具有物理意义为约束条件,使得到的分量更加合理;结合盲源分离,提出了一种基于ASTFA的盲源分离方法并应用于齿轮箱复合故障诊断中。该方法首先利用ASTFA将单通道源信号进行分解,然后利用占优特征值法进行源数估计,根据源数重组观测信号,最后对观测信号进行盲源分离得到源信号的估计。实验结果表明,该方法可以有效地对齿轮箱复合故障信号进行分离进而实现齿轮箱的复合故障诊断。     

LMD-ICA联合降噪方法在滚动轴承故障诊断中的应用

针对经典独立分量分析（ICA）只能应用于观测源数不少于信号源数的超定盲源分离问题,提出局部均值分解和ICA相结合的欠定盲源分离新方法。该方法将采集的单通道振动信号进行局部均值分解,基于互相关准则对分解的分量进行重组,构建虚拟噪声通道;将虚拟噪声通道与振动信号作为盲源分离的信号输入,采用基于负熵的FastICA算法实现信号源和噪声的分离,从而达到降噪目的。将该方法应用于滚动轴承故障信号,频谱分析结果表明,该方法处理后的信号中噪声得到一定程度滤除,频谱中毛刺更少,故障特征频率更加明显,有利于故障特征的提取,实验分析证明了该方法的有效性。     

大跨径桥梁实时动态挠度信号的分离

由于经验模式分解(empirical mode decomposition,简称EMD)将非线性非平稳信号分解成为一系列线性、平稳的本征模函数(intrinsic mode function,简称IMF)信号,针对单通道大跨径桥梁挠度信号分离问题,结合盲源分离和经验模式分解各自优点,提出基于经验模式分解的盲源分离方法。利用奇异值分解(singular value decomposition,简称SVD)估计信号源数目,根据源信号数目将单通道挠度信号和其本征模函数重组为多通道输入信号,应用独立分量分析(independent component analysis,简称ICA)理论中的快速独立分量分析(fast independent component analysis,简称FastICA)算法对输入信号进行分解,实现桥梁挠度信号各分量的分离。仿真研究表明,该方法能较好地解决ICA模型源数估计和单通道挠度信号盲源分离难题。     

大跨径桥梁实时动态挠度信号的分离

由于经验模式分解(empirical mode decomposition,简称EMD)将非线性非平稳信号分解成为一系列线性、平稳的本征模函数(intrinsic mode function,简称IMF)信号,针对单通道大跨径桥梁挠度信号分离问题,结合盲源分离和经验模式分解各自优点,提出基于经验模式分解的盲源分离方法。利用奇异值分解(singular value decomposition,简称SVD)估计信号源数目,根据源信号数目将单通道挠度信号和其本征模函数重组为多通道输入信号,应用独立分量分析（independent component analysis,简称ICA）理论中的快速独立分量分析（fast independent component analysis,简称FastICA）算法对输入信号进行分解,实现桥梁挠度信号各分量的分离。仿真研究表明,该方法能较好地解决ICA模型源数估计和单通道挠度信号盲源分离难题。     

基于EEMD的单通道盲源分离在轴承故障诊断中的应用

针对一维观测矩阵的极度欠定盲分离模型,结合盲源分离和总体经验模式分解的优点,利用总体经验模式分解将单通道信号转化为固有模态矩阵,重组观测矩阵,再通过近似联合对角化实现信号的盲分离。数据仿真说明该方法能提取低信噪比下的轴承故障信息。实验中,对2种不同故障的轴承进行故障诊断,从而进一步证明了该方法的有效性。     

基于EMMD和BSS的单通道旋转机械故障诊断方法

针对在欠定的观测信号情况下,传统基于矩阵的盲源分离算法效果比较差的问题,提出一种基于极值域均值模式分解和盲源分离的单通道旋转机械信号故障特征提取方法,并应用于实际的故障诊断中.该方法先通过极值域均值模式分解法分解观测信号,把得到的固有模态函数和原观测信号一起组成新观测信号,从而实现了信号升维,使欠定问题转化为正定问题;然后,由奇异值分解和贝叶斯准则进行源数估计;最后,利用基于四阶累积量的特征矩阵联合对角化方法实现信号的盲分离.通过仿真,验证了该方法对旋转机械故障信号进行盲源分离的可行性.将提出的方法应用到齿轮和轴承系统的故障诊断中,进一步证明了该方法的有效性.     

基于CVA-ICA的机械故障源动态盲分离方法

动态盲源分离问题是多故障源盲分离的一个热点。传统的机械故障源分离方法要求满足统计特征保持稳定,且混合系统保持不变等假设,而忽略了时序信息。针对此不足,结合规范变量分析(Canonical variate analysis,CVA)和独立分量分析(Independent component analysis,ICA),提出一种基于CVA-ICA的机械多故障源动态盲分离方法。该方法的基本思想是将源信号看成状态空间的状态变量,观测信号看成状态空间的输出变量,从而将动态混合盲源分离问题转化为状态空间盲源分离问题,利用规范变量分析作为降维工具来构造状态空间,再利用传统的ICA算法对规范的观测信号进行盲源分离。仿真研究表明,在处理动态混合的盲分离中,提出的方法明显优于静态ICA方法,取得了满意的分离效果。将该方法应用到滚动轴承内圈和滚动体的故障盲分离中,试验结果进一步验证了该方法的有效性。     

侵彻过载信号的欠定盲源分离与特征提取

侵彻过载信号成份复杂,传统盲源分离方法无法有效提取弹体侵彻板靶特征,基于此提出一种不受测试传感器数量限制、具有源数估计的侵彻过载信号盲源分离方法。首先,对单通道测试信号进行总体经验模态分解,将分解后的固有模态与原信号组成多维信号;其次,对组成的多维信号奇异值分解,以"前K次奇异值占优"法则估计信号振源个数,利用"最大互相关系数法"筛选最优IMF函数与原信号重组构造多通道混合信号;最后,对多通道混合信号白化处理和联合近似对角化,计算酉矩阵获得测试信号的混合估计。将其用于单通道侵彻过载信号的特征提取,获得了与源信号相关度为0.974 7的加速度特征信号。与现有方法相比,该方法能有效分离出单通道侵彻过载特征信号,并且信号处理过程具有的自适应特性也解决了不同弹靶工况下过载信号滤波频率的选择困难问题。     

基于量子遗传的机械故障非线性盲源分离方法研究

针对传统的机械故障非线性盲分离方法的不足,即将非线性盲源分离中分离矩阵和非线性去混合函数的参数分开来优化,这样容易顾此失彼,学习效率低。将量子遗传引入到机械故障非线性盲分离中,提出一种基于量子遗传的机械故障非线性盲源分离方法(简称QGA-NBSS方法),该方法能同时对分离矩阵和非线性去混合函数的参数进行优化,获得全局最优解并加快了算法的全局收敛性,克服了传统的机械故障源的非线性盲源分离方法的不足。仿真和实验结果验证了提出的方法的有效性。     

单通道盲源分离算法及其在工程机械振源分析中的应用

研究一种新的单通道盲源分离方法,解决了传统盲源分离方法因传感器数量不足而无法有效分离源信号的问题,同时源信号幅值也得到了准确的恢复。首先利用集合经验模态分解方法将一维测量信号分解为具有不同尺度特征的本征模态函数,而后与原测量信号组成多个二维矩阵,通过稀疏分量算法得到各源信号的真实估计。利用仿真信号,与已有方法进行对比,验证了提出方法的有效性。将提出的方法应用在挖掘机动力源附近的振动分析中,成功分离出了多个振源信号。利用时频分析对源信号分别进行特征识别,并将分离结果用于振源的贡献度与声信号传递特性分析。得到各振源对于测试位置的贡献度排序,以及对于挖掘机噪声信号的传递规律,为挖掘机的减振降噪措施提供了可靠的依据。     

基于局域均值分解的机械故障欠定盲源分离方法研究

结合局域均值分解(Local mean decomposition,LMD)和盲源分离各自的特点,提出一种基于局域均值分解的欠定盲源分离方法.该方法利用LMD对观测信号进行分解,得到一系列的生产函数分量,将所得到的生产函数(Production functions,PF)分量和原观测信号组成新的观测信号.对构成的新观测信号进行白化处理和联合近似对角化,得到源信号的估计.该方法能有效解决传统的盲源分离方法要求源信号满足非高斯、平稳和相互独立的假设,且要求观测信号数多于源数的不足等问题.仿真结果表明,所提出的方法是有效的,在处理非平稳信号混合的欠定盲分离方面,比传统时频域的盲源分离方法得到了更好的分离效果.将提出的方法应用到滚动轴承的混合故障分离中,试验结果进一步验证该方法的有效性.     

免疫优化盲源分离算法在故障诊断中的应用

将人工免疫算法用于盲源分离算法,阐述了盲源分离过程,提出了免疫优化盲源分离算法(AIS-ICA算法),针对4组特定信号的混合与分离进行了仿真试验。仿真试验结果表明,该算法具有收敛速度快、分离精度高和稳定性好等优点。将该算法用于齿轮箱振动信号的盲源分离及其故障诊断,增强了振动信号所携带的故障信息,结果表明该算法用于齿轮箱振动信号分离可增强故障信息,降低齿轮箱故障诊断难度。     

基于LCD的齿轮箱混合故障盲源分离研究

盲源分离是一种有效的混合故障诊断方法,而局部特征尺度分解（LCD）是非平稳信号的有效分析处理工具,综合两者的优点,提出了基于LCD的齿轮箱混合故障盲源分离方法。将源信号LCD分解,得到新的多维信号,采用Bayesian信息准则（BIC）估计盲源的数目并对多维信号进行重组。最后进行联合近似对角化处理,实现源信号的盲分离。仿真和实验结果表明,该方法能够有效地实现齿轮箱混合故障盲源分离。     

BSS与Morlet小波变换在轴承声学故障诊断中的研究

声音信号的测试与分析是滚动轴承故障检测与诊断的一种新方法,但其信噪比较低,因此提出了基于盲源分离技术和自适应Morlet小波变换诊断轴承声学信号故障的新方法。首先利用小波包将单通道的声音信号分离成2个虚拟通道的声音信号,再用盲源分离技术将信号进行源信号的提取,然后利用最小Shannon熵对Morlet小波的形状参数进行优化,找到与所测声音信号特征成份最匹配的小波,再对小波系数矩阵进行奇异值分解,通过奇异值与变化尺度的关系曲线得到最佳小波变换尺度,最后对滚动轴承故障信号进行Morlet小波变换进行故障特征提取。结果表明:该方法能有效地从强噪声背景下提取出轴承声学信号的故障。     

基于盲源分离与小波降噪的旋转机械故障分析

基于小波降噪和盲源分离相结合对机械信号进行分离与故障诊断。首先使用经分析选择的较好小波阈值对非平稳振动信号进行降噪,然后运用盲源分离技术分离出激振信号,结果表明利用小波阀值降噪后进行盲源分离时分离信号与源信号相似系数优于直接盲源分离;将小波降噪和盲源分离相结合应用于某燃气轮机的实测故障信号提取,诊断出转子发生了不平衡及碰摩等故障现象,与实测情况相符,有效说明了该方法在旋转机械故障诊断中的实用性。