Hilbert-Huang变换在滚动轴承故障诊断中的应用

提出了一种新的滚动轴承故障诊断方法——基于小波系数包络信号的局部Hilbert边际谱方法，在Hilbert—Huang变换的基础上介绍了局部Hilbert谱和局部Hilbert边际谱，并将它应用于滚动轴承的故障诊断中。用小波基将滚动轴承故障振动信号分解，对高频段的小波系数用Hilbert进行包络分析得到包络信号，再对包络信号进行Hilbert—Huang变换求出局部Hilbert边际谱，从局部Hilbert边际谱中就可以判断滚动轴承的故障部位和类型。通过对滚动轴承具有外圈缺陷、内圈缺陷的情况下的振动信号的分析，说明该方法比传统的包络分析方法更能有效地提取滚动轴承故障特征。     

基于广义形态学滤波和Hilbert边际谱的滚动轴承故障诊断

广义形态滤波器可以很好地抑制输出统计偏倚的现象,Hilbert边际谱克服了传统包络法需要确定带通滤波器的中心频率和带宽的不足,将两种方法相结合,首先利用广义形态滤波对信号进行去噪,在此基础上对信号进行经验模态分解,然后选取合适的IMF分量得到信号的局部Hilbert边际谱。通过对轴承内外环进行故障诊断发现,该方法能准确地提取故障特征,从而有效地判别轴承的故障类型和部位,具有较广阔的应用前景。     

基于SVD-LCD与1.5维谱的滚动轴承故障诊断

为了准确地进行滚动轴承故障诊断,针对故障振动信号的低信噪比、非线性、非平稳的特征,提出了奇异值分解降噪、局部特征尺度分解和1.5维谱相结合的故障诊断方法。该方法首先运用奇异值分解降噪技术降低信号中的噪声,然后对降噪信号进行局部特征尺度分解,得到若干个内禀尺度分量,并进行Hilbert变换求取包络信号,最后求取包络信号的1.5维谱提取故障特征。通过轴承内圈故障数据分析,验证了该方法的有效性。     

一种轴承故障诊断的时频综合分析法

针对旋转机械中最常见的滚动轴承问题,提出了一种基于小波包分析和Hilbert包络分析的时频综合分析法对轴承进行故障诊断。首先利用小波包分析将轴承故障信号分解到不同的节点,然后求出各个频带的能量谱,确定故障频带范围并对其进行信号重构,最后采用Hilbert变换对故障频带的重构信号进行包络谱分析,从而诊断出轴承故障。通过对轴承外圈故障信号的分析验证了该方法在轴承故障诊断中的有效性。     

基于VMD-SE和DE-ELM的直升机滚动轴承故障诊断方法

针对直升机自动倾斜器滚动轴承转速低、钢球多,故障特征频率难提取的问题,利用VMD-SE和DEELM对直升机滚动轴承进行故障诊断。首先,对振动信号进行变分模态分解,利用中心频率法选择模态数,通过样本熵提取模态分量的特征;其次,利用差分进化算法对ELM进行优化;最后,利用课题组测得的真实数据进行故障诊断试验。结果表明:相比ELM和BA-ELM方法,DE-ELM在隐含层节点数较少情况下对轴承故障识别率达到99%以上,验证了该方法用于直升机自动倾斜器滚动轴承故障诊断的有效性。     

基于Hilbert谱奇异值的轴承故障诊断

针对机械故障振动信号时频特征提取问题,提出一种基于Hilbert谱奇异值的特征提取方法,并将其应用于轴承故障诊断。该方法首先利用经验模式分解方法将振动信号分解为若干个内蕴模式函数之和,接着对每个内蕴模式函数进行Hilbert变换得到振动信号的Hilbert谱,然后对Hilbert谱进行奇异值分解,得到反映机械状态特征的奇异值序列,最后利用奇异值作为特征向量,使用支持向量机进行轴承故障诊断。轴承正常、内圈故障、滚动体故障、外圈故障实测信号实验结果表明,该方法能有效地提取轴承故障振动信号特征。
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改进形态滤波与LMD结合的滚动轴承故障诊断方法研究

为了消除噪声对滚动轴承故障诊断结果的影响,提出了一种改进形态滤波与局域均值分解(Local mean decomposition,LMD)结合的滚动轴承故障诊断方法,该方法首先利用LMD对滚动轴承的故障信号进行分解,采用峭度和相关系数准则剔除多余的低频分量,再用改进的形态滤波对选出来的PF分量进行滤波解调。最后,对滤波后的信号进行Hilbert包络谱分析,并且与LMD-Hilbert包络谱和直接Hilbert包络谱的结果进行对比分析。实验结果表明:该方法能够有效地提取滚动轴承故障的特征,诊断轴承故障位置。     

某型航空发动机中介主轴承早期微弱故障诊断研究

针对基于机匣采集的振动信号难以有效提取出航空发动机中介主轴承早期微弱故障特征的问题,提出了基于巴特沃斯低通滤波器降噪和Hilbert包络解调的中介主轴承早期微弱故障诊断方法。该方法依托带涡轮支承和外机匣的新型航空发动机中介主轴承试验器,首先,开展某型发动机巡航状态下健康中介主轴承试验,获取基准振动频谱特征;然后,进行外圈剥落预置故障的轴承试验,对采集的振动信号通过低通滤波降噪并进行Hilbert包络分析解调出低频故障信号;最后,对比分析健康主轴承试验与轴承故障试验的时域波形、频谱和包络谱。结果表明,包络谱中转差信号与呈现"山"型边带特征,可用于诊断该型航空发动机中介主轴承外圈的早期剥落故障。     

基于LCD和局部Hilbert边际能量谱的滚动轴承故障特征提取方法

在定义局部Hilbert边际能量谱的基础上,提出了一种基于局部特征尺度分解(Local characteristic-scale decomposition,LCD)和局部Hilbert边际能量谱的滚动轴承故障特征提取方法。采用LCD方法对滚动轴承原始振动信号进行分解得到若干内禀尺度分量(Intrinsic scale component,ISC),然后对各个ISC分量进行Hilbert解调得到信号的时频分布。根据信号时频分布中能量分布确定频率段的下限和上限频率,从而得到相应的局部Hilbert边际能量谱,计算该频率段内信号的能量并将其作为故障特征参数。实验分析结果表明,所提出的方法能有效地提取滚动轴承故障特征信息。     

基于Hilbert包络谱熵和GA-SVM的水轮发电机轴承故障诊断

水轮发电机轴承在运行时承受着整体机组的轴向负荷与复杂水推力,针对其产生的非稳态、非线性特征的振动信号,提出一种基于Hilbert包络谱分析与遗传算法支持向量机（GA-SVM）相结合的诊断方法,用于轴承故障状态的识别。首先对推力轴承运行时产生的振动信号进行集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD）,分解成若干个固有模态函数（Intrinsic Mode Function,IMF）,依据峭度准则选取主要IMF分量并通过Hilbert包络谱分析,计算包络谱熵,将归一化后的包络谱熵作为特征向量输入GA-SVM进行训练与故障识别。仿真实验结果表明,基于EEMD包络谱熵分析法相比于时频域图像处理能更好地提取出复杂工况下的故障信号特征,遗传算法支持向量机识别准确率达96.87%,该算法模型可进一步应用于水轮发电机轴承故障诊断。     

基于形态分量分析和包络谱的轴承故障诊断

滚动轴承出现局部损伤时,其振动信号往往由包含轴承自身振动的谐振分量、包含轴承故障信息的冲击分量及随机噪声分量构成。提出了基于形态分量分析和包络谱的滚动轴承故障诊断方法。该方法根据轴承振动信号中各组成成分的形态差异,利用改进的形态分量分析对滚动轴承故障振动信号中的谐振分量、冲击分量和噪声分量进行分离,然后对冲击分量进行Hilbert包络解调分析,根据包络谱诊断滚动轴承故障。算法仿真和应用实例表明,该方法能有效提取滚动轴承故障特征。     

基于LMD和MCKD的滚动轴承早期故障诊断

滚动轴承故障产生的初期,信号中的冲击成分受到严重的噪声干扰,导致故障信号的周期特征难以提取。针对这一问题,提出基于局部均值分解(LMD)算法和最大相关峭度反褶积(MCKD)算法结合的滚动轴承早期故障诊断方法。首先应用LMD算法对轴承早期故障信号进行自适应分解,选取与原始信号相关系数较大的乘积函数(PF)分量进行重构;然后应用MCKD算法对重构信号进行降噪,突出周期冲击成分;最后对消噪后的信号进行Hilbert包络处理,从包络谱中即可准确地获取故障特征频率。通过对仿真信号和内圈故障实验信号的分析,证明了该方法的有效性。     

基于多尺度Hermitian小波包络谱的轴承故障诊断

提出了一种基于多尺度Hermitian小波包络谱的轴承故障诊断方法。该方法综合利用了Hermitian小波和包络谱分析技术的优点,首先对轴承故障振动信号进行Hermitian连续小波变换,得到小波分解的实部和虚部,然后计算振动信号的多尺度包络谱。对齿轮箱轴承故障振动信号的分析表明,该方法在强噪声环境下能有效识别轴承内圈故障和外圈故障。     

基于VMD-LPP融合的轴承故障特征频率提取

为提高轴承故障特征频率的提取效果,提出了变分模态分解(VMD)和局部保持投影(LPP)相融合的轴承故障特征频率提取方法.该方法主要有三个步骤:一是利用VMD对信号进行分解,得到若干个本征模态分量(IMF),并将各分量组成高维信号矩阵;二是利用LPP对高维信号矩阵进行降维得到低维信号矩阵,而后进行信号重构,得到重构信号;三是对重构信号进行包络分析,根据包络谱中突出的频率成分判断轴承故障类型.轴承故障诊断实例验证了方法的有效性.     

基于局部特征尺度分解与最小熵解卷积的轴承故障诊断

为准确进行滚动轴承的故障诊断,结合局部特征尺度分解(LCD)和最小熵解卷积(MED)给出了一种新的故障诊断方法。首先,对轴承振动信号进行局部特征尺度分解,得到若干个内禀尺度分量;然后,依据互相关系数指标,采用聚类分析方法自动选取有用分量并叠加作为重构信号;最后,应用最小熵解卷积将重构信号降噪,并应用包络分析技术进行故障诊断。通过轴承内、外圈故障振动数据的分析表明:经LCD-MED处理后,振动信号的峭度值得到了较大提高,故障特征频率更加突出,基于LCD-MED的方法在轴承故障诊断中有效且合理。     

基于CEEMD与MCKD的滚动轴承早期故障诊断

针对滚动轴承早期故障信号中冲击成分能量低,背景噪声干扰严重的问题,提出了基于CEEMD与MCKD的故障诊断方法。首先,应用CEEMD方法对故障振动信号进行分解,依据相关系数准则从分解结果中选取敏感分量;然后,采用MCKD算法对所选取分量信号进行降噪并应用Hilbert算法对降噪后信号进行解调处理,从包络谱中提取故障特征信息;最后,通过仿真信号和轴承试验数据进行诊断分析验证了该方法的有效性。     

基于EMD的轴承故障包络谱分析

首先对滚动轴承振动信号进行经验模态分解;然后对分解后包含故障特征信息的本征模函数做Hilbert包络谱分析,在得到的包络谱中,清晰显示出故障特征信号的包络谱.试验结果表明,通过联合经验模态分解和Hilbert包络谱分析,能有效地提取出滚动轴承信号的故障信息,进而判定出轴承的损伤部位.     

基于EMD细化包络谱分析的齿轮箱故障诊断

针对细化谱分析中对信号进行带通滤波时需要依靠经验来设置中心频率和带宽的缺点,提出了一种将EMD、Hilbert变换和ZOOM技术相结合的齿轮故障诊断研究方法。首先用EMD对齿轮振动信号进行自适应分解,选取有用的IMF进行重构得到新的信号,通过Hilbert变换得到信号的包络谱,再对包络谱进行细化得到高分辨率细化频谱。实验结果表明,基于经验模式分解自适应滤波的齿轮振动信号解调方法计算简便,能有效地突出故障特征频率成分。     

基于VMD与增强包络谱的轴承早期故障诊断方法

针对滚动轴承的早期故障信号容易受到噪声的干扰,造成信号的信噪比较低等问题,结合VMD和增强包络谱两种算法的优势,提出了一种基于遗传算法优化VMD与增强包络谱的轴承故障诊断方法。首先,使用包络熵与平方包络谱峭度的组合作为遗传算法的适应度函数,对变分模态分解的参数进行了寻优,得到了最优的模态分量个数和惩罚因子组合;然后,使用最优参数组合对轴承故障信号进行了变分模态分解,得到了若干模态分量,并选择了最小适应度值对应的最优模态分量;最后,为验证该方法的有效性,采用无刷直流电机轴承和全寿命加速退化轴承两种实测信号进行了轴承故障类型识别分析。研究结果表明：相比传统方法,采用基于VMD与增强包络谱的方法,其输出信噪比平均提升了5.94 dB,对于全寿命轴承退化数据可提前600 min识别出轴承的早期故障;该方法具有输出信噪比高、适应性好等优点,在轴承的微弱信号检测和早期故障识别方面具有较好的应用前景。     

基于EMD和Hilbert包络谱的滚动轴承故障诊断

为了对旋转机械中滚动轴承的运行状态进行故障监测和诊断,提出了一种基于EMD和Hilbert包络谱的滚动轴承故障诊断新方法.通过在滚动轴承实验台上提取振动信号,用EMD对数据进行分解得振动信号的固有模态函数分量(IMF分量),然后对IMF作Hilbert包络并进行谱分析.结果表明,该方法能够准确地识别和诊断出滚动轴承的运行状态和故障类型,非常适合滚动轴承故障精确诊断,具有很高的工程实用价值.