一种改进的峭度图方法及其在复杂干扰下轴承故障诊断中的应用

快速峭度图是一种常用的滚动轴承故障诊断方法,但由于峭度指标对冲击过于敏感,在干扰较复杂的工况中,该方法往往无法正确识别出最优的共振频带进行包络解调。然而,解调信号的包络谱对噪声具有一定的免疫能力,而且包络谱中通常会清晰的出现故障特征频率及其倍频成分,呈现出典型的周期性脉冲特点。因此,提出应用相关峭度定量地刻画窄带信号的包络谱幅值,即以频域相关峭度值生成峭度图,用于最优频带的自适应地识别。同时,基于相关峭度的指向性,可以将该方法应用于轴承的复合故障诊断。最后通过实验分析,验证了该方法对轴承微弱故障和复合故障诊断的有效性。     

基于相关峭度共振解调的滚动轴承复合故障特征分离方法

提出了一种基于相关峭度的共振解调方法,并应用于滚动轴承复合故障特征的分离。沿频率轴平移给定滤波窗,计算每个滤波信号的相关峭度;通过设定不同的故障解卷积周期,形成多条故障的相关峭度曲线;根据筛选出的目标相关峭度曲线的最大值,确定多个共振频带对原信号进行共振解调。解决了由于某一频带的峭度值过大,利用谱峭度可能无法识别出不同故障各自激起的共振频带的问题;通过不同能量的多共振频带轴承复合故障仿真验证了共振频带选择的准确性,不同载荷下的轴承内、外圈复合故障实测信号分析表明,该方法可以有效实现轴承复合故障特征的分离。     

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。     

EMD降噪和谱峭度法在滚动轴承早期故障诊断中的应用

共振解调是滚动轴承故障诊断中最常用的方法之一,然而其带通滤波器参数的选取通常比较困难。谱峭度法能根据峭度最大化原则自动确定带通滤波器参数,取得了一定的诊断效果,但由于滚动轴承的早期故障信号中含有强烈的背景噪声,诊断效果有时也不够明显。为此,提出一种基于EMD降噪和谱峭度法的滚动轴承早期故障诊断新方法,首先采用基于互相关系数和峭度准则的EMD降噪对采样信号进行预处理,突出高频共振成分,再利用谱峭度法选取最佳带通滤波器参数,最后使用带通滤波和包络解调进行故障诊断,并通过实际工程信号进行了验证。     

基于最大相关峭度解卷积和谱峭度的滚动轴承声信号故障特征增强

采用滚动轴承的声学信号进行状态监测及故障诊断时,环境噪声、传递路径以及其它设备噪声会严重干扰目标信息的提取。针对这一问题,提出一种基于最大相关峭度解卷积和快速谱峭度图的滚动轴承声信号故障特征增强方法。该方法首先利用最大相关峭度解卷积算法对滚动轴承声信号进行解卷积,增强信号中每旋转一周时出现的脉冲信号,削弱噪声信号;然后将谱峭度作为指标,利用快速谱峭度对信号进行滤波分析,获得包含轴承故障信息最丰富的频带;最后对该频带进行包络提取特征频率。仿真及实验结果表明,相较于传统的包络解调,该方法在滚动轴承声信号故障特征提取方面具有更好的降噪性能和故障特征增强效果。     

基于EMD与谱峭度的滚动轴承故障检测改进包络谱分析

针对滚动轴承故障振动信号的调制特征和传统包络分析法的缺陷,提出一种基于经验模式分解(Empirical Mode Decomposition,简称EMD)和谱峭度(Spectrum Kurtosis,简称SK)的改进包络谱滚动轴承故障诊断方法。该方法首先对滚动轴承故障振动信号进行经验模式分解,将其分解为多个固有模式函数(Intrinsic Mode Function,简称IMF)之和,然后对各IMF分量傅里叶变换后取其绝对值,并计算其谱绝对值平方包络,在此基础上再计算不同频带IMF分量谱平方包络的峭度,最后利用谱峭度的滤波器作用,选取由轴承缺陷所引起的共振频率所在频带的IMF分量,自动构建最佳包络来进行故障诊断。将该方法应用到滚动轴承内圈缺陷的仿真故障数据和实际数据中,分析结果表明了该方法的有效性。     

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。     

基于1.5维Teager峭度谱的滚动轴承故障诊断研究

滚动轴承故障振动信号中的冲击成分呈现显著的非高斯性,高阶累积量和高阶谱技术是处理非高斯信号的良好分析工具。在四阶累积量-Teager峭度的基础上提出滑动Teager峭度的分析方法,并联合三阶谱-1.5维谱,提出基于1.5维Teager峭度谱的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先对轴承故障信号进行滑动Teager峭度计算,获得一个反应故障信号冲击特性的Teager峭度时间序列,然后通过计算Teager峭度时间序列的1.5维谱,提取出滚动轴承故障特征频率。通过仿真信号分析验证了该方法的解调性能和提取滚动轴承弱冲击故障特征的能力。最后分析了滚动轴承内圈故障实验测试信号,并和基于快速Kurtogram算法的共振解调方法进行对比分析,验证了该方法的有效性。     

强背景噪声下基于谱峭度-波束形成轴承故障特征提取

在利用声学信号分析法对滚动轴承进行故障诊断时,环境噪声或其它设备噪声会严重影响目标声信号的提取并降低诊断精度。针对这一问题,提出一种用于故障特征增强的谱峭度-波束形成方法。该方法首先利用快速谱峭度算法确定最优滤波频带,然后根据确定的频带,利用2 阶锥规划方法设计恒定束宽波束形成器并提取目标频带信号,最后对提取的带限信号进行包络解调得到轴承故障特征频率。实验结果表明,该方法能够在强干扰环境下有效提取滚动轴承故障特征,并且相较于传统的延时求和波束形成器具有更好的效果。     

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。     

基于参数优化的MCKD的滚动轴承早期故障诊断

针对滚动轴承早期故障被淹没在噪声信号下特征信号微弱,故障特征难以提取的问题,将最大相关峭度解卷积(maximum correlated kurtosis deconvolution,MCKD)应用于滚动轴承早期故障诊断。并针对MCKD参数滤波器长度及移位数需人为选择的问题,提出一种基于参数优化的最大相关峭度解卷积的滚动轴承早期故障诊断方法。首先,针对轴承工作的实际工况讨论了最优移位数;然后,以经解卷积后信号的形态能量熵作为评价函数,利用网格搜索法对滤波器长度进行寻优;最后,利用参数优化后的MCKD算法增强信号中的冲击成分,通过包络谱判断轴承故障类型。实验表明,该方法可有效的增强轴承信号中微弱的故障特征成分,实现滚动轴承早期故障的诊断。     

基于谱峭度的滚动轴承故障包络阶比跟踪分析

通过对旋转机械变速运行工况的齿轮箱振动分析研究,提出一种基于谱峭度的滚动轴承故障包络阶比跟踪分析方法。该方法利用旋转机械运行过程中滚动轴承故障引起的冲击性振动会激起其周围结构共振的原理,应用谱峭度方法自适应地确定优化的共振解调带通滤波中心频率和滤波带宽,进而通过共振解调算法获得包含轴承故障初始阶段振动特征的包络信号,再将变速工况下的非平稳包络信号通过等角度重采样转化为角度域的准平稳信号,进而获得消除了频率模糊的阶比谱,实现对旋转机械变速运行工况下的滚动轴承故障诊断。仿真和测试试验结果验证了本方法的有效性。     

基于增强熵权峭度图的滚动轴承最优频带解调的故障诊断

针对采用峭度指标选取滚动轴承最优共振解调频带时存在精确性差和易受随机冲击干扰的不足,提出了基于增强熵权峭度图的滚动轴承最优频带解调的故障诊断。首先,选取峭度指标、变异系数、裕度指标和平滑因子等评价指标分别从不同角度表征故障轴承瞬态冲击特征,增强在实际监测的运行环境中单指标抗干扰鲁棒性差的缺陷;其次,采用熵权法对多个评价指标计算综合属性客观权重,为了增强轴承瞬态冲击表征和抑制其它信息干扰,对评价指标值进行增强处理并融合形成新评价指标,以精确选取共振解调中心和带宽;最后,采用1/3-二叉树策略生成的增强熵权峭度图自适应识别故障轴承最优解调频带。通过实测信号和仿真信号测试分析,并与快速峭度图在不同干扰下对比表明,该方法可以更为精准的识别轴承共振频带及具有更高的鲁棒性。     

基于LMS和Fast-Kurtogram的滚动轴承早期故障诊断

针对滚动轴承早期故障特征提取困难的问题,本文提出一种LMS（Least Mean Square,LMS）算法降噪、Fast-Kurtogram选频和共振解调技术相结合的滚动轴承故障诊断方法。首先对采集到的信号进行自适应降噪,减弱背景噪声的影响;然后利用谱峭度值对故障信号中瞬态成分敏感的特性,通过计算降噪后信号的快速峭度图,确定滤波器最优频带中心和带宽;最后进行共振包络解调提取出滚动轴承早期故障特征。通过仿真和实验验证分析,验证了该方法在滚动轴承早期故障诊断中的适用性和有效性。     

基于奇异值分解和相关峭度的滚动轴承故障诊断方法研究

为了从复杂的轴承振动信号中提取微弱的故障信息,将相关峭度引入滚动轴承故障诊断领域,结合奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)和相关峭度,提出了一种新的滚动轴承故障特征提取方法。该方法首先利用SVD对轴承振动信号进行分解,然后根据相关峭度选取SVD分解后的分量,提取出滚动轴承的弱故障信号。通过对轴承内圈故障的仿真和实验研究验证了该方法的有效性。     

基于LMS和Fast-Kurtogram的滚动轴承早期故障诊断

针对滚动轴承早期故障特征提取困难的问题，本文提出一种LMS（Least Mean Square，LMS）算法降噪、Fast-Kurtogram选频和共振解调技术相结合的滚动轴承故障诊断方法。首先对采集到的信号进行自适应降噪，减弱背景噪声的影响；然后利用谱峭度值对故障信号中瞬态成分敏感的特性，通过计算降噪后信号的快速峭度图，确定滤波器最优频带中心和带宽；最后进行共振包络解调提取出滚动轴承早期故障特征。通过仿真和实验验证分析，验证了该方法在滚动轴承早期故障诊断中的适用性和有效性。     

基于双树复小波包峭度图的轴承故障诊断研究

针对传统包络谱和峭度图分析技术的缺陷,提出了一种基于双树复小波包峭度图的轴承故障诊断方法。该方法综合利用了双树复小波包变换和峭度图分析技术,克服了原峭度图方法只采用FIR和短时傅立叶变换滤波器的缺点,提高了从强噪声环境中提取瞬态冲击特征的能力。首先利用双树复小波包变换,将振动信号分解成不同频带的分量,然后计算各小波分量的谱峭度,再利用谱峭度的滤波器作用,计算最大峭度值对应分量信号的包络谱,根据包络谱就可识别齿轮箱轴承的故障部位和类型。齿轮箱轴承故障振动实验信号的研究结果表明：该方法不仅提高了信噪比和频带选择的正确性,而且能有效地识别轴承的故障。     

基于双树复小波包自适应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,将双树复小波包变换和Teager能量谱结合,提出了基于双树复小波包变换自适应Teager能量谱的早期故障诊断方法。该方法首先利用双树复小波包将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或等于阈值的子带,依据峭度指标确定最佳熵阈值和双树复小波包最佳分解层数,从而自适应并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。通过信号仿真与工程实验数据分析验证了该方法的有效性与优越性。     

基于典型谱相关峭度图的滚动轴承故障诊断方法EI北大核心CSCD

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。     

基于改进的自适应噪声消除和故障特征阶比谱的齿轮噪源干扰下变转速滚动轴承故障诊断

变转速工作模式和齿轮噪源干扰是阻碍滚动轴承故障诊断的两个难题。虽然基于转速信号的角域重采样技术和基于参考信号的自适应噪声消除算法为这两个问题提供了可靠的解决路线,但是由于安装空间和成本的限制,转速信息和参考信号在实际工程中往往难以获取。为解决这一难题,提出了一种不依靠上述辅助设备的滚动轴承故障诊断新算法。整个算法由五部分组成:(1)利用峰值啮合倍频趋势线构造参考信号对混合信号进行自适应滤波以削弱齿轮噪源对轴承故障共振频带获取的干扰;(2)利用谱峭度快速算法确定由轴承故障引起的高频共振所对应的中心频率,滤波带宽和对应的尺度并直接得到最能反映轴承故障的滤波包络;(3)利用短时傅里叶变换求得两次滤波后包络信号的包络时频谱并利用峰值搜索算法对瞬时故障特征频率趋势线进行提取;(4)提出基于采样频率重调的重采样算法,对谱峭度滤波结果进行故障阶比域重采样;(5)利用傅里叶变换求取重采样信号的故障特征阶比谱,并提出新的故障诊断策略对滚动轴承的运行状态进行判断。仿真算例和应用实例证明了该算法的有效性。