基于瞬时故障特征频率趋势线和故障特征阶比模板的变转速滚动轴承故障诊断

针对难以从滚动轴承的时频分布中提取瞬时转频分量的问题,本文利用由轴承包络时频谱中提取的瞬时故障特征频率替代传统瞬时转频实现重采样,进而基于故障特征因子与转频阶比边带构造故障特征阶比模板以实现变转速运行模式下滚动轴承故障诊断。其具体算法由以下四个部分组成：首先,联合应用谱峭度滤波算法与短时傅里叶变换得到能够突出瞬时故障特征频率的包络时频谱;其次,提出基于幅值重调的峰值搜索算法对瞬时故障特征趋势线进行提取;再次,以瞬时故障特征频率趋势线为基础对原信号进行故障相角域重采样并得到故障特征阶比谱;最后,根据被监测轴承的故障特征因子构造故障特征阶比模板对滚动轴承的运行状态与故障类别进行判断。仿真算例和应用实例将对该算法的有效性予以证明。     

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。     

基于多时频曲线提取广义特征的变转速轴承故障诊断

变转速工况下的滚动轴承故障振动信号呈现时变非平稳、故障特征信息微弱、被噪声淹没的特点,使其故障诊断变得困难。广义解调算法作为典型的非平稳信号处理方法,可有效处理时变非平稳故障信号。由于广义解调变换中相位函数的确定需要额外安装转速计,且迭代解调变换过程导致频谱混叠,容易造成故障的漏诊或误诊。为此提出了一种新的基于多时频曲线提取广义特征的变转速滚动轴承故障诊断方法。首先,利用快速谱峭度算法计算最优带通滤波参数,并对原始振动信号进行滤波。对滤波后的共振带信号进行短时傅立叶变换(short-time Fourier transform, STFT)获取时频图,采用多时频曲线提取算法(multiple time-frequency curve extraction, MTFCE)提取瞬时故障特征频率(instantaneous fault characteristic frequency, IFCF)和瞬时转频(instantaneous shaft rotational frequency, ISRF),拟合IFCFs和ISRF曲线的多项式方程。其次,基于假设思想,利用广义解调理论定义了变转速...     

基于阶频谱相干的变转速滚动轴承内外圈复合故障特征分离提取

针对变转速工况下复合故障相互耦合,较弱的故障特征易受干扰,难以识别的问题。该研究提出一种基于阶频谱相干(order-frequency spectral coherence, OFSCoh)解调频带确定的复合故障特征分离提取方法,应用于变转速工况下滚动轴承复合故障诊断。首先,对信号进行OFSCoh计算;然后,以轴承内、外圈对应的故障阶次区间分别对OFSCoh函数进行积分获得特征频带谱,将特征频带谱中最大值对应的频率确定为解调频带中心频率,以最大转频对应的3倍故障频率作为解调带宽;分别对信号进行带通滤波,并计算其改进包络谱(improved envelope spectrum, IES),从而实现轴承复合故障特征分离提取。仿真和试验证明了该方法的有效性。     

基于遗传算法的滚动轴承复合故障诊断研究

建立了滚动轴承外圈与滚动体各有一点损伤的典型故障模型,在损伤模型振动分析的基础上,利用遗传算法的寻优功能,对故障的特征参数进行自动优化,最后利用逐次诊断理论,对变工况条件下的滚动轴承复合故障进行诊断。计算结果表明该方法对于滚动轴承的复合故障诊断非常有效。     

迭代广义解调齿轮信号分离的变转速滚动轴承故障诊断EI北大核心CSCD

变转速工作模式下齿轮啮合会掩盖故障轴承冲击特征,使得轴承故障特征信息微弱,针对变转速工作模式下齿轮啮合对轴承信号干扰的问题,提出了迭代广义解调齿轮信号分离的变转速滚动轴承的故障诊断方法。首先采用峰值搜索算法从包络时频谱中提取峰值啮合倍频(Instantaneous Dominant Meshing Multiply,IDMM),通过IDMM趋势线构造各广义解调函数的相位函数;其次利用迭代广义解调算法(Iterative Generalized Demodulation,IGD)分离出齿轮啮合频率及倍频信号,对剩余信号采用谱峭度算法确定由故障轴承引起的高频共振滤波参数并进行带通滤波;最后,以提取的IDMM趋势线作为轴承转频,对滤波结果进行角域重采样,根据阶次谱对滚动轴承运行状态予以判断。仿真信号和实测信号的处理结果证明该方法在无转速计设备的情况下能有效的实现变转速滚动轴承的故障诊断。     

基于循环双谱的滚动轴承故障诊断

当滚动轴承发生早期点蚀故障时,其振动信号表现出循环平稳特性。由于故障特征频率处能量比较小,特征信息容易被噪声淹没,仅仅利用二阶循环平稳已经不能有效提取故障特征。而循环双谱（即三阶循环累积量谱）这一最低阶的高阶统计量谱对噪声具有较好的免疫力,且计算量也相对来说比较其它高阶统计量分析方法来说最小。本文将尝试用循环双谱的中心频率切片谱,对滚动轴承早期故障做特征提取。仿真和实验结果证明了方法的有效性。     

变转速下对数平方包络谱在滚动轴承故障诊断中的应用

变转速工况下,转速变化会导致不同时间段峭度值出现变化,且高脉冲噪声会导致振动信号的峭度值突然变大。这些因素削弱了快速谱峭度图(Fast kurtogram,简称FK)方法提取微弱故障特征方面的性能,为了克服这些缺陷,提出一种基于对数平方包络谱的新特征--对数包络阶次循环分量(Log-envelope Order Cyclic Content,简称LEOC),构造出一种对数包络阶次循环分量图(Log-envelope Order Cycligram,简称LEOCgram)。首先使用1/3二叉树结构对原始信号进行多层次滤波,并计算每一组滤波子信号的平方包络。然后,通过计算阶次跟踪(Computed Order Tracking,简称COT)技术对每一组的平方包络序列进行角域重采样,计算每一组滤波信号的对数平方包络谱并进行自相关分析得到可能的故障特征阶。最后计算LEOC值,LEOC最大值对应的频带即为最优解调频带。将最优解调频带作为滤波器的参数对原始信号进行滤波,通过对滤波后的信号进行包络阶次分析并根据包络阶次谱的阶次结构可以确定故障类型。仿真信号和试验轴承外圈故障信号的分析结果表明,该方法...     

基于EMD的改进马田系统的滚动轴承故障诊断

为了提高滚动轴承的可靠性、及时发现其潜在的故障,提出了一种基于改进马田系统(MMTS)的滚动轴承故障诊断方法。首先利用经验模态分解(EMD)方法对原振动信号进行分解,得到了多个本征模态分量(IMF)并计算基本模式分量的统计特征集。然后,在此基础上构建基准空间(马氏空间),针对马田系统在筛选特征变量时效果不佳、基准空间数据的差异性问题,引入粗糙集(RS)筛选有效特征变量改进马田系统,大幅降低特征向量的维数。最后,计算待诊断信号到基准空间的马氏距离,从而完成滚动轴承的故障诊断。利用滚动轴承振动数据对该模型进行了测试,结果表明,该模型与实际相符,可以准确、有效地识别滚动轴承的故障类型。     

基于多输入层卷积神经网络的滚动轴承故障诊断模型

针对滚动轴承信号易受噪声干扰和智能诊断模型鲁棒性差的问题,在一维卷积网络的基础上,提出基于多输入层卷积神经网络的滚动轴承故障诊断模型。相比传统卷积神经网络诊断模型,该模型具有多个输入层,初始输入层为原始信号,以最大化地发挥卷积网络自动学习原始信号特征的优势;同时可将谱分析数据在模型任意位置输入模型,以提升模型的识别精度和抗干扰能力。通过滚动轴承模拟试验,进行可行性和有效性验证,同时与人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)、支持向量机(Support Vector Machine,SVM)和典型的卷积神经模型进行对比,证明了所提出模型的优势;向测试集中加入噪声来检验模型的鲁棒性,并且运用增量学习方法提升模型在强噪声环境下的识别性能;通过滚动轴承故障实例,验证模型的识别性能和泛化能力。试验结果表明,所提出的模型提升了传统卷积模型的识别率和收敛性能,并具有较好的鲁棒性和泛化能力。     

基于频带熵的滚动轴承故障诊断研究

发生早期故障的轴承,由于故障特征频率处的能量比较微弱,易于被噪声淹没。通过对滚动轴承故障原理的研究,讨论了利用共振频率解调故障特征频率对于噪声的抑制能力。为了寻找轴承的共振频率,结合时频分析和信息熵的特点,提出了一种新的频带熵方法。首先利用短时傅里叶变换得到信号的时频分布,再沿时间轴计算各个频率的幅值谱熵,从而得到各个频率成分随时间变化的复杂度指标。利用频带熵对轴承共振频率的检测能力,揭示了频带熵与自适应滤波器参数的关系。与原始包络相比,滤波后的包络信号能有效的从噪声中提取出轴承故障特征频率。最后通过仿真和实验验证了该方法的有效性。     

基于EMD的滚动轴承故障灰色诊断方法

经验模态分解（EMD）方法可使滚动轴承振动信号根据自身尺度自适应地分解为若干个内禀模态分量（IMF）,滚动轴承发生故障会导致振动能量在各IMF分量上的分布发生变化,结合灰色关联模型建立IMF能量分布与轴承状态之间的对应关系,可实现轴承的状态识别。为改善传统灰关联分析在模式识别方面的缺陷,基于斜率相似的原理构造了能反映曲线形状信息的相似关联度模型,结合传统的接近关联度模型建立了能同时反映曲线位置与形状特性的灰色综合关联度诊断模型。算例结果表明,该方法能准确有效地实现滚动轴承的故障诊断。     

基于局部均值分解的边际谱在滚动轴承故障诊断中的应用

局部均值分解（Local Mean Decomposition,简称LMD）将复杂的多分量信号自适应地分解为有限个乘积函数（PF）的和,在计算了各个分量的瞬时幅值（IA）和瞬时频率（IF）后,可以计算出基于LMD的边际谱。针对直接法求取瞬时频率存在端点误差大问题,提出了一种改进的直接求取瞬时频率的方法;提出了基于LMD的边际谱的滚动轴承故障诊断方法,将该方法应用于实际滚动轴承故障诊断中,结果表明该方法能有效地提取出滚动轴承的故障特征频率,从而确定故障部位。     

基于谱相关密度切片分析和SVM的滚动轴承故障诊断

为了对旋转机械中的滚动轴承进行故障分析,针对滚动轴承具有二阶循环平稳的特点,采用了谱相关密度组合切片分析方法进行特征提取,并将提取的特征作为输入向量,用"一对其他"多分类支持向量机进行故障识别,给出了基于谱相关密度组合切片分析和多类支持向量机的滚动轴承故障诊断流程图,该方法具有较高的计算效率和估计精度。最后通过对实验数据的分析与处理,验证了该方法在滚动轴承故障诊断中的可行性和实用价值。     

基于改进鲸鱼算法优化LSTM的滚动轴承故障诊断

适应性动量(Adam)估计优化器易使深度长短时记忆神经网络(long short-term memory,LSTM)陷入局部极小值,导致故障诊断精度过低;鲸鱼算法(whale optimization algorithm,WOA)的寻优区域过大,导致寻优效率过低.针对上述两问题,将WOA进行改进(improved wh...     

基于BiLSTM的滚动轴承故障诊断研究

针对滚动轴承的故障诊断,设计并实现了一种基于双向长短期记忆网络(BiLSTM)的诊断模型.将原始振动信号直接作为模型输入,自动提取滚动轴承故障特征,可以对内圈、滚动体、外圈不同故障类型及不同损伤程度的滚动轴承进行故障识别.该模型通过BiLSTM神经网络自动提取轴承振动信号的深层信息,弥补了传统故障诊断方法需要人工提取特...     

基于EEMD和改进的形态滤波方法的轴承故障诊断研究

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。但在复杂工况下,故障脉冲易被周围噪声淹没,在分析EEMD和形态学滤波方法的基础上,将EEMD方法与形态学滤波方法相结合,提出结构元素(SE)选择方法,并用于本征模态信号中冲击响应特征的提取。通过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。     

基于双层相空间相似度的滚动轴承故障模式与故障程度的综合辨识

提出了一种基于双层相空间相似度分析算法结构,应用于滚动轴承故障类型和故障程度的综合辨识。该算法第一层结构中,对测试数据和样本数据进行相空间重构(PSR),得到在拓扑意义下等价的相空间,然后使用滑动窗截取数据段,采用归一化互相关函数(NCC)进行相空间相似度分析,实现轴承故障类型的分类;在第二层结构中,以已知不同故障程度数据之间的相空间相似度(PSS)为特征训练SVR结构,实现对故障程度的跟踪。实验信号分析结果表明,该方法能有效对轴承故障类型和故障程度进行综合辨识。与传统方法的对比表明该方法在准确性上有了一定的提高。