滚动轴承故障诊断的自适应包络谱谱峰因子算法

表征滚动轴承故障特征的周期性冲击,特别是在故障早期阶段,常常被噪声和其它结构振动所淹没,从而难以辨别。共振解调被广泛用于滚动轴承故障冲击特征提取,但其滤波频带的参数选择常需要一定的先验知识。针对现有的频带优化方法的不足,本文提出一种基于包络谱谱峰因子和复平移Morlet小波滤波的自适应共振解调方法-自适应包络谱谱峰因子算法。包络谱谱峰因子(Crest factor of envelope spectrum,CE)定义为包络谱在一定范围内的最大值和有效值之比,能有效度量信号中周期性冲击强弱,结合粒子群优化算法的寻优特性,对Morlet小波滤波器中心频率和带宽参数进行优化。将包络谱谱峰因子作为适应度函数来比较不同参数组合下的滤波效果,根据适应度函数值最大原则选取Morlet小波滤波器参数。仿真信号、实验信号以及工程实际信号分析验证了该方法在共振解调最优频带选取中的有效性和优越性。     

基于参数优化Morlet小波变换的故障特征提取方法

针对轴承或齿轮箱等机械元件的故障振动信号表现为冲击衰减波形的特点,提出一种基于参数优化Morlet小波变换的故障特征提取方法。利用最小Shannon熵方法优化Morlet小波的形状参数,实现与冲击特征成分的最佳匹配,再对小波变换系数矩阵进行奇异值分解,根据奇异值曲线中主要反映突变信息的过渡阶段所对应的尺度范围求得最佳小波变换尺度,最后对信号进行Morlet小波变换提取故障特征。仿真试验和实际应用的结果表明,该方法能更有效地从强噪背景中提取故障特征。     

复小波共振解调频带优化方法和新指标

滚动轴承发生局部故障时,其振动信号中将出现周期性发生的脉冲响应。共振解调被广泛用于从振动信号中提取此类冲击响应特征,但其首要问题是确定带通滤波器的中心频率和带宽。现有的频带优化方法存在计算量大且优化指标只考虑信号中冲击成分的强弱、而未考虑脉冲发生的周期性特征等缺点。针对不足,确定了以中心频率为主带宽为辅的频带参数优化方法,并提出了一个既能反映信号中冲击成分的存在及强弱又能突出冲击发生的周期性特点的频带优化新指标——包络谱峰值因子,该因子定义为包络谱最大值与有效值之比。将此方法和新指标应用于复平移Morlet小波共振解调的频带优化,通过轴承疲劳试验数据分析及工程实际应用并与峭度、平滑度指标和山农熵进行比较,验证了该方法和指标在最优频带确定中的有效性和优越性。     

基于双树复小波变换的轴承故障诊断研究

提出了一种基于双树复小波变换解调技术的轴承故障诊断新方法。该方法利用双树复小波变换具有近似平移不变性、避免频率混叠和有效降噪的优点,首先对轴承故障振动信号进行双树复小波分解和重构,将振动信号分解成实部和虚部,然后计算振动信号的双树复小波幅值包络和包络谱。齿轮箱轴承故障振动实验信号的分析表明,该方法能在强噪声环境下准确提取轴承故障产生的周期性瞬态冲击信号,能有效消除频率混叠现象和强噪声的影响,能有效识别轴承内圈和外圈故障。     

自适应Morlet小波降噪方法及在轴承故障特征提取中的应用

分析了Morlet小波变换的滤波特性及其时频分辨率,利用Morlet小波良好的时域和频域特性及奇异值分解技术,提出了一种基于自适应Morlet小波和SVD的降噪方法。针对滚动轴承故障在振动信号中表现为冲击衰减波形的特点,采用修正的Shannon熵方法同时优化Morlet小波的中心频率与带宽参数,实现其与冲击特征成分的最优匹配;针对根据小波系数矩阵奇异值曲线的过渡阶段求取最佳变换尺度的方法存在着不够快捷方便的不足,将其与小波系数奇异值比方法相结合来快速方便地求得最佳变换尺度;最后对信号进行降噪处理提取故障特征。对仿真信号和实际轴承内外圈故障信号的应用分析表明,该方法具有良好的降噪性能,能有效地提取出滚动轴承的微弱故障特征。     

基于最优小波基的轴承故障状态特征提取方法研究

针对轴承故障诊断中最优小波基的选取问题,通过计算SUMVAR值选取最优小波基。用不同小波基对轴承故障仿真信号和故障实验信号进行降噪处理,分析降噪后信号与原信号的能量比值,降噪后信号与原信号标准差,峭度等指标,验证所选小波基的优越性。并对使用最优小波基降噪后信号做希尔伯特包络解调分析,结果表明,该方法能准确提取轴承故障特征频率。     

复解析最优小波解调法

针对齿轮箱故障信号的多分量多频调制特点,结合基于复解析小波变换的信号分量的包络幅值提取原理,提出了一种基于峭度和平滑指数的最优小波解调技术。首先,采用连续小波变换谱的能量熵作为时间尺度分辨率的度量指标,将其应用到Morlet分析小波的参数优化选择中;其次,对常规小波峭度计算法进行改进,结合平滑指数对最优小波变化尺度进行迭代搜索;最后,针对解调谱线繁杂密集无法分辨的问题,采用频谱细化的方法提高了复解析小波解调谱的频谱精度。应用试验结果表明,该复解析最优小波解调方法较传统的解调方法,可以更加准确有效地提出齿轮箱复杂信号中的微弱故障特征。     

基于Morlet小波变换的滚动轴承早期故障特征提取研究

针对轴承故障初期振动信号中的特征成分极易被噪声信号淹没而不能及时检测的问题,结合Morlet小波变换降噪的基本原理,提出一种由尺度相关能量分布确定最优尺度参数的方法,从而在该尺度下对信号滤波来提取冲击特征成分.以最小Shannon熵优化Morlet小波的形状参数,实现母小波与信号故障特征的最佳匹配;以最优Morlet小波在不同变换尺度下的小波系数绘制尺度-能量谱,利用信号故障特征能量在特定尺度范围内聚集的特性,从谱图的极值点中选择滤波效果最好的尺度参数.对轴承全寿命数据的实际应用结果表明,与信号的均方根趋势相比,该方法能够提前从信号中提取微弱故障特征并检测到轴承的外圈故障,为轴承早期故障诊断提供了一种有效途径.     

周期稀疏导向超小波在风力发电设备发电机轴承故障诊断中的应用

机械故障特征提取的内积变换原理要求匹配基函数与目标特征之间的相似性。在缺乏故障特征的精确信息这一不利条件下,根据故障呈现出的确定性以及统计特性能够有效指导基函数的选择和构造针对发电机轴承发生故障时常伴随周期性特征的先验知识,提出冲击故障特征周期性稀疏为导向的超小波构造方法。所提出的超小波变换利用可调品质因数小波变换作为匹配字典库,从而改进经典的基于单一固定基函数的小波分析思想。在技术路线上:首先采用超小波字典库对信号进行分解,计算各小波尺度上的周期性稀疏故障特征能量权重指标;以该权重指标优化为目标函数作为评价超小波字典与微弱故障特征匹配相适度的依据选择的可调品质因数小波最优刻画参数(即最优超小波);利用最优的超小波基函数对信号进行最终分解,获取其中的关键故障特征。所提出方法成功地应用于某风力发电机组上发电机轴承故障诊断,从中提取振动信号中隐藏的微弱冲击性故障特征。     

采煤机摇臂齿轮传动系统振源定位分析方法

为了研究采煤机摇臂传动齿轮的振动分析方法并进行实机振源定位验证,首先,采用小波分析对采煤机摇臂振动信号进行降噪处理和频谱分析,依据特征频率下的振幅结果确定故障齿轮的啮合频率;然后,通过Morlet小波包络解调分析获取边频带信号频谱特征,依据边频带特征频率下的振幅结果确定故障齿轮的转动频率;最后,对频谱分析和Morlet小波包络解调分析的结果进行综合分析,锁定故障齿轮的准确位置。对一台国产采煤机摇臂齿轮传动系统进行了振动测试与信号分析,结果表明,基于小波分析、频谱分析和Morlet小波包络解调分析相结合的振动分析方法可以实现对采煤机摇臂故障齿轮的准确定位,为强噪声环境下复杂齿轮传动系统的故障快速定位和现场定点维修提供了方法支持。     

复小波分解联合SVD提取振动信号非平稳特征

针对齿轮箱故障信号的多分量多频调制特点,提出了一种基于奇异值分解的最优小波解调技术。首先,采用小波变换的最小Shannon熵作为时间尺度分辨率的度量指标,将其应用到Morlet分析小波的参数优化选择中;其次,对常规小波参数选择方法进行了改进,利用奇异值分解技术对最优小波变化尺度进行了迭代搜索。该方法可以很好地降低噪声信号,有效提取信号中的周期成分,具有较好的瞬态信息提取能力。试验结果也表明了该方法在齿轮箱故障特征提取中的重要性以及降噪方法的有效性。     

基于自适应最优Morlet小波的滚动轴承故障诊断

滚动轴承早期故障信号中故障信息比较微弱常常被强噪声所掩盖,增加了对滚动轴承故障诊断的难度。针对这一问题,笔者提出了基于自适应最优Morlet小波变换的滚动轴承故障诊断方法。首先,利用粒子群优化算法对Morlet小波变换的核心参数进行自适应寻优,在获得最优Morlet小波的同时保证了良好的带通滤波性能;然后,将最优Morlet小波对滚动轴承早期故障信号进行滤波去噪,提高信号的信噪比;最后,对最优Morlet小波滤波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,笔者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。     

基于最优Morlet小波的滚动轴承故障诊断

将最优Morlet小波和阈值降噪法相结合,进行强噪声背景下滚动轴承故障诊断.依据峭度最大准则确定最优Morlet小波基.利用连续小波变换和软阈值法对振动信号降噪.试验表明,该方法具有良好的去噪性能,并能更好地提取滚动轴承振动信号中的故障特征.     

基于小波簇的包络解调方法及其在故障诊断中的应用

本文提出了一种基于小波簇的带通滤波和包络解调方法。通过合理地选择小波参数，用多个单类Morlet小波组成的小波簇可构成具有零相移、平顶通带及快速衰减过渡带特性的带通滤波器，可用于提取振动信号的高频自然频率成分。由于该小波簇的虚部是实部的Hilbert变换，可用于实现包络解调提取振动信号在高频谐振带的包络成分。将该方法用于干式真空泵轴承故障的诊断中，结果表明可有效地提取故障特征频率，实验结果验证了该方法的有效性。     

载荷影响下的机电阻抗协整结构损伤识别方法

针对滚动轴承早期故障特征信息十分微弱难以提取以及可调品质因子小波变换(tunable Q-factor wavelet transform,简称TQWT)参数设置依赖使用者经验的问题,提出改进的TQWT的滚动轴承早期故障诊断方法。首先,设定Q因子的区间范围,利用TQWT对滚动轴承故障振动信号进行分解得到若干个分量;其次,对各分量进行包络导数能量算子解调,在能量谱中根据特征频率强度系数这一指标自适应地确定TQWT的最佳分解参数,实现对故障信号的最优分解;最后,通过对最佳分量的包络导数能量谱分析即可准确地提取到轴承故障特征信息。通过对仿真信号、实验数据以及工程案例分析表明,该方法能够有效提取滚动轴承早期微弱故障特征并准确判断出滚动轴承故障类型,具有一定的工程应用价值。     

基于改进EMD和谱峭度法滚动轴承故障特征提取

针对滚动轴承故障信号的强背景噪声特点,提出一种基于改进经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)与谱峭度法的滚动轴承故障特征提取方法.首先,利用EMD方法对原故障信号进行分解,得到若干平稳固有模态分量(intrinsic mode function,简称IMF);然后,采用灰色关联度与互信息相结合方法剔除传统EMD分解结果中存在的虚假分量;最后,运用谱峭度法和包络解调方法对真实IMF分量进行分析,提取故障特征频率.通过对实际滚动轴承故障信号的应用表明,该方法可有效地提取滚动轴承故障特征,且能够取得比传统包络解调分析更好的效果.     

DT-CWT相关滤波在齿轮箱故障诊断中的应用

根据小波系数的相关分析理论,提出了基于双树复小波变换的小波相关滤波法。该方法根据相邻层小波系数的相关性,通过迭代过程自适应地进行滤波,能够在达到良好降噪效果的同时保留微弱故障特征信息。对降噪后的信号进行希尔伯特包络分析便可准确得到故障特征频率。试验信号分析与工程应用结果表明,该方法能够有效提取强背景噪声下的齿轮箱轴承早期故障特征信息。     

基于LCD的自适应小波脊线解调及齿轮故障诊断

针对最佳小波参数的设定和齿轮裂纹故障振动信号频率成分复杂、信噪比低等问题,将遗传优化算法、小波脊线解调与局部特征尺度分解(local characteristic-scale decomposition,简称LCD)相结合,提出了基于LCD的自适应小波脊线解调方法。首先,采用LCD方法将原始信号分解为若干个内禀尺度分量(intrinsic scale component,简称ISC),并通过选择蕴含特征信息的ISC来实现信号降噪;然后,以小波能量熵为目标函数,采用遗传算法优化小波参数,得到自适应小波;最后,通过自适应小波分析提取ISC的小波脊线,从而实现对原始信号的解调分析。通过齿轮裂纹故障诊断实例验证了该方法的有效性和优越性。     

基于小波变换的滚动轴承故障诊断系统

在分析了滚动轴承振动与故障之间联系的基础上,提出了通过共振解调法和小波多尺度分析对轴承进行故障诊断的方法.采用小波变换能有效地对滚动轴承振动信号进行带通滤波,分离出高频固有信号,对其进行包络分析,以获得故障特征频率,诊断故障发生的部位.仿真实验证明,该方法具有令人满意的效果.