二代小波降噪与盲分离结合应用于航空发动机振动信号分析

传感器采集的飞机发动机振动信号必然是各个部件振源信号以及周围环境强烈干扰的混合信号,传统的振动信号处理方法抗扰去噪效果并不理想,很难得到振源信号。笔者介绍了利用第二代小波阈值降噪、并结合盲源分离得到振源信号的方法。在对某型航空发动机空中停车振动信号进行二代小波分解、利用阈值处理并重构取得了理想的降噪效果的基础上,进一步应用盲源分离技术(FastICA)分离得到转子振动源信号,这样可以有效的提取故障特征,提高故障诊断的准确性。     

航空发动机转子振动信号的分离测试技术

在传统谱分析方法的基础上,尝试应用盲源分离技术对飞机发动机振动信号进行振源分离.首先,介绍了发动机振动信号的基本处理方法和常见的发动机故障类型及特征,引入了盲源分离理论并讨论了其在航空发动机振动信号处理中应用的可行性.然后,对某型涡扇发动机振动过大的现象进行了故障诊断分析.最后,应用FastICA和JADE算法对检测的振动信号进行分析,分离出了发动机的振源信号.这说明发动机振动信号分析采用盲源分离与谱分析相结合的技术可以有效分离振源信号,提高故障诊断的准确性.     

高速列车非平稳振动信号盲源分离方法及应用

高速列车具有若干时变激励源,传统的时频分析方法只能对观测的混合振动的总体强度分布、时频域结构加以分析,不能分离出与各振源对应的信号分量从而明晰振源状态与故障特征。盲源分离是一种可行的分析方法,但由于高速列车振动信号具有时变振源数目、时变信号长度、受车速调制的变频非平稳等特征,传统的盲源分离方法不适用。为了提高高速列车非平稳信号的盲源分离效果,基于自适应滤波理论提出全局最优信噪比盲源分离新方法,并对其可分离性的判别依据进行论证。新方法的有效性经仿真计算和实测数据分析得到验证。研究表明：新方法对高速列车时变非平稳信号的盲源分离效果优于传统的基于非线性函数的盲源分离方法和基于高阶累积量的盲源分离方法。     

一种航空发动机中介轴承故障诊断方法

针对航空发动机中介轴承振动信号故障微弱,故障特征难提取的问题,提出了基于固有时间尺度分解(ITD)和近似熵(AE)结合随机森林(RF)的航空发动机中介轴承故障诊断方法。首先,利用航空发动机中介轴承试验台模拟并采集轴承在正常、外圈故障、滚动体故障三种状态下的振动信号;然后通过ITD方法将非平稳、非线性的中介轴承振动信号分解成一组固有旋转分量(PR),计算其近似熵;最后,将不同尺度的近似熵值作为特征向量,输入到随机森林分类器模型中进行分类识别与故障诊断。研究表明,该方法能有效提取出机匣表面振动信号中微弱的中介轴承振动故障信号特征,故障诊断准确率高,具有工程实用性。     

FDM和RCMDE结合的特征提取与故障诊断

为提取有效特征向量以实现航空发动动机转子的故障诊断,针对航空发动机转子振动信号的非线性、非平稳的特性,首先,应用傅里叶分解方法(Fourier decomposition method,简称FDM)提取航空发动机转子信号的边际谱重心及最大能量层的谱重心;其次,计算振动信号的精细复合多尺度散布熵;最后,应用双阶自适应小波聚类方法对特征空间实现故障分类与识别。应用航空发动机转子试验器采集的样本验证表明,上述方法提取的特征值准确且波动小,同种故障类型的特征值集中,不同故障类型之间差异大,有利于提高多种故障类型混合的诊断精度。     

基于盲源分离技术的故障特征信号分离方法

信号采集过程中，传感器测量到的信号是实际振动信号在此测量方向的投影值，由于其他不相干振源的影响，测量信号由多个振动信号成分组成。在分析多振源信号混合模型的基础上，采用盲源分离技术分离不同的振源信号，讨论分离结果的广义初等相等性质的影响，研究估计振源数目的方法和选取测量信号的方法，利用二阶特征矩阵联合近似对角化算法，从测量信号中分离故障特征源信号。该算法可减小信号采集不当造成的影响，有效提高特征信号的提取。     

ICA在航空发动机振动信号盲源分离中的应用

研究了基于独立分量分析(independent component analysis,简称ICA)的发动机振动信号盲源分离技术,旨在将发动机振动信号按照不同的激振源进行分离。首先阐述了基于最大信噪比的盲源分离算法原理,通过对仿真信号进行分离,判断了分离输出信号与仿真信号的一致性,验证了该算法的可行性;然后将该算法与FFT分离法相结合,应用于某型双转子航空发动机高、低压转子实测振动信号盲源分离中,取得了很好的分离效果,表明应用ICA技术建立的基于最大信噪比的盲源分离算法具有迭代次数少、计算复杂度低、效果好及稳定等优点。     

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。     

基于时频分析的欠定信号盲分离与微弱特征提取

盲源分离对于多振源信号的故障诊断与识别是一种有效的方法,但是传统的盲源分离算法都是针对观察信号大于或等于源信号的情况,但对于观察信号小于源信号的欠定盲分离问题,这在很大程度上制约了盲源分离的实际应用。通过应用经验模式分解和时频分析对非平稳信号分析的优势,提出基于时频分析的欠定盲源分离方法进行设备微弱特征提取。对振动信号进行经验模式分解,并根据分解得到的内蕴模式分量估计源信号个数并选择最优的观察信号,将振动信号与选择的最优观察信号组成新的观察信号进行基于时频分析的盲源分离,通过对仿真信号和齿轮箱实测信号进行验证分析。并与基于独立分量分析的盲源分离算法进行对比,研究表明基于时频分析的盲源分离对混合信号具有更好的分离效果,能够较好地对微弱特征进行提取。     

航空发动机试验传感器温漂数据有效性验证

针对航空发动机在台架试车中出现的传感器温漂故障,提出了基于经验模式分解(EMD)和Hilbert变换的航空发动机传感器数据有效性验证方法。首先,介绍了航空发动机传感器常见的失效模式以及EMD分解和Hilbert变换方法,并将其引入航空发动机传感器信号分析领域;然后,利用该方法对传感器故障信号进行分解,提取航空发动机传感器故障信号特征,通过故障信号重构和残差向量分析判断故障的严重程度,将原始信号中的故障信号予以剔除;最后,重构有效的信息成分,实现对数据的有效性验证。实例计算与分析验证了该方法在航空发动机传感器温漂数据有效性验证方面是有效的。     

强脉冲干扰非线性混叠转子故障信号分离

由于旋转机械在运行过程中,传感器测得的振动信号是各振源的混叠信号且含有很强的噪声,常规的信号处理方法难以分离混叠信号,对设备的状态监测和故障诊断造成了很大的困难。针对这一问题,介绍了盲源分离基本原理和方法,指出源分离算法在脉冲噪声环境下失效。针对强脉冲噪声环境下的混叠振动信号,首先,通过中值滤波降噪方法对振动信号进行降噪;然后,通过盲源分离算法对降噪后的信号分离;最后,利用该方法对实测混叠转子振动信号成功实现了降噪和故障信号分离。仿真结果验证了提出方法的有效性。     

Hilbert-Huang变换在齿轮故障诊断中的应用

为齿轮故障诊断提供了一种新的途径,将Hilbert-Huang变换引入齿轮故障诊断,提出了局部Hilbert能量谱的概念,同时根据齿轮故障振动信号的特点建立了两种基于Hilbert-Huang变换的齿轮故障诊断方法:基于EMD的频率族分离法和Hilbert能量谱方法。采用EMD(Empiricalmodedecomposition)方法对齿轮振动信号能有效地将各个频率族分离;局部Hilbert能量谱可以反映齿轮振动信号的能量随时间和频率的分布情况,从而可以提取齿轮振动信号的故障信息。将这两种方法应用于齿轮故障诊断中,结果表明,基于EMD的频率族分离法和Hilbert能量谱方法都能有效地提取齿轮故障特征信息。     

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。     

双转子航空发动机振动信号的分离测试技术

阐述了用FFT(快速傅立叶变换)分离法和盲源分离法,对双转子航空发动机振动信号进行分离的原理和实现,并应用FastICA算法,对某型双转子航空发动机高、低压转子实测振动信号进行了盲源分离实践,分离结果验证了该方法的可行性和有效性,从而为双转子发动机振动监测与故障诊断提供了一种可行的信号处理方法。     

Bearing fault detection and diagnosis based on order tracking and Teager-Huang transform

The vibration signal of the run-up or run-down process is more complex than that of the stationary process. A novel approach to fault diagnosis of roller bearing under run-up condition based on order tracking and Teager-Huang transform (THT) is presented. This method is based on order tracking, empirical mode decomposition (EMD) and Teager Kaiser energy operator (TKEO) technique. The nonstationary vibration signals are transformed from the time domain transient signal to angle domain stationary one using order tracking. EMD can adaptively decompose the vibration signal into a series of zero mean amplitude modulation-frequency modulation (AM-FM) intrinsic mode functions (IMFs). TKEO can track the instantaneous amplitude and instantaneous frequency of the AM-FM component at any instant. Experimental examples are conducted to evaluate the effectiveness of the proposed approach. The experimental results provide strong evidence that the performance of the Teager-Huang transform approach is better to that of the Hilbert-Huang transform approach for bearing fault detection and diagnosis. The Teager-Huang transform has better resolution than that of Hilbert-Huang transform. Teager-Huang transform can effectively diagnose the faults of the bearing, thus providing a viable processing tool for gearbox defect monitoring.     

基于全矢谱时间固有尺度分解和独立分量分析盲源分离降噪的滚动轴承故障特征提取

结合盲源分离技术和全矢谱技术的各自优势,提出一种同源双通道信噪盲源分离法。首先采用时间固有尺度分解（ITD）和独立分量分析（ICA）相结合的分析法降噪,对同源双通道的轴承信号进行ITD分解,根据相关系数准则将分解得到的PRC分量进行重组作为ICA输入矩阵,再采用FastICA解混,实现故障信号与噪声信号的分离;其次采用全矢谱技术对信噪分离降噪后的双通道有效分量信号进行全矢信息融合,做全矢谱分析。滚动轴承故障实验对比分析表明了该方法的有效性。