改进的EMD在齿轮箱故障诊断中的应用研究

提出了一种改进的经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的故障诊断方法。即将小波包降噪、相关系数原理及选择不同消失矩的db系小波降噪与EMD分解结合在一起的改进方法,其步骤是对故障信号先进行小波包降噪预处理;再进行EMD得到一系列IMF;计算各个IMF与原始信号的相关系数得到需要重复降噪的有效集;根据有效集中IMF的突变性强弱来选择不同消失矩的db系小波进行重复降噪;重构信号并且生成功率谱。实验结果表明,该方法很好地去除了混杂在故障信号中的噪声,提高了信噪比,可以很好地区分出齿轮箱的齿轮和轴承是正常状态还是发生了断齿故障。     

基于EEMD与奇异熵增量谱的齿轮故障特征提取

针对齿轮振动信号非线性、非平稳的特点,提出一种基于集合经验模态分解(EEMD)与奇异熵增量谱的齿轮故障特征提取方法。首先,利用EEMD方法将齿轮振动信号分解为若干个平稳的本征模态函数(IMF)分量。EEMD方法利用正态分布白噪声的二进尺度分解特性,能够有效抑制经验模态分解(EMD)中的模态混叠现象。但由于背景噪声和残余辅助白噪声的影响,EEMD分解得到的IMF分量难以准确提取齿轮故障特征。利用奇异值分解(SVD)对IMF分量进行消噪和重构,根据奇异熵增量谱确定重构阶次,准确地提取齿轮的故障特征频率。仿真信号分析和齿轮箱齿轮故障实验验证了该方法的准确性和有效性。     

基于EMD降噪和谱峭度的轴承故障诊断方法

能否减小噪声干扰,提高信噪比,有效地提取故障信息是进行滚动轴承早期故障诊断的前提和关键。提出一种基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和谱峭度(spectral kurtosis,SK)的滚动轴承故障诊断方法。首先对所提取的故障信号运用EMD分解,得到多个基本模式分量(intrinsic mode function,IMF),然后根据互相关系数去除伪分量,选取合适的IMF分量进行信号重构以达到降噪目的,突出高频共振成分,再应用谱峭度法确定带通滤波器的参数,最后对重构信号进行包络分析完成故障诊断。     

基于SVD-SGWT和IMF能量熵增量的液压故障特征提取

针对随机噪声和虚假分量影响总体平均经验模态分解(EEMD)分解质量问题,提出基于奇异值分解(SVD)和第二代小波变换(SGWT)联合降噪预处理和本征模态分量(IMF)能量熵增量剔除虚假分量的改进EEMD方法。该方法首先对原始信号进行第二代小波变换,利用SVD对SGWT得到的高频系数进行降噪处理,克服了软、硬阈值法降噪的缺陷。然后对消噪处理的信号进行EEMD分解,通过IMF能量熵增量去除虚假分量;最后对主IMF分量进行Hilbert谱分析来提取信号的主要特征。仿真和实验结果表明,SVD和SGWT联合降噪故障信号信噪比显著提高,且失真度小,抑制了噪声对EEMD分解精度的干扰,能量熵增量能有效地去除虚假IMF,Hilbert谱中各频率成分清晰不混叠,成功提取了液压系统故障特征频率。     

基于EMD与响度的有源噪声控制系统

为了提高有源噪声控制系统的降噪效果,提出了基于经验模态分解( empirical mode decomposition,EMD)和响度的控制系统.该系统首先采用EMD方法对噪声源进行自适应分解,并对分解后的各个固有模态函数(intrinsic mode function,IMF)分量的响度进行计算,然后根据各个分量的响度大小进行残差滤波器的设计.与基于A计权曲线设计的残差滤波器相比,该方法所设计滤波器能更好地抑制响度较小的信号频率成分.对有源噪声控制系统的降噪效果进行了仿真,结果表明,所提出的控制系统比传统滤波-X LMS(filtered-X least mean square)方法和采用基于A计权残差滤波器的系统降噪效果更好.     

基于经验模分解的陀螺信号去噪

陀螺随机漂移是影响寻北精度的重要因素,小波消噪方法对小波基和分解尺度等因素依赖性较强。提出了一种新的基于功率谱密度准则的经验模态分解(EMD)去噪方法,可有效解决传统EMD去噪自适应滤波器截止阶数难以确定的难题,该方法将经验模态分解得到的固有模态函数(IMF)分为信号分量起主导作用模态与噪声分量起主导作用模态,并对噪声分量起主导作用的模态进行类似小波软阈值去噪的方法进行滤波,然后与信号分量起主导作用的模态共同对信号重建实现去噪。将该方法应用于测试信号与陀螺信号的去噪,结果表明:新方法能有效地判断噪声与信号起主导作用的模态分界点,具有良好的去噪效果,且不受主观参数的影响,具有自适应性。     

基于独立分量分析的EMD模态混叠消除方法研究

针对经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)算法中存在的模态混叠现象,提出一种应用独立分量分析进行模态混叠消除的新方法.首先应用形态学滤波方法将信号中的噪声予以消除,减少由于噪声因素造成的模态混叠现象.然后将信号进行EMD分解,获得不同的IMF分量,将存在模态混叠成分的IMF分量进行相空间重构,利用基于峭度最大化的独立分量分解算法实现混叠成分的分离,仿真分析和工程应用的结果表明,所提方法能有效地消除EMD分解过程中的模态混叠现象.     

基于EMD/HHT的齿轮箱齿轮不对中故障信号分析

研究了经验模态分解(简称EMD)技术在齿轮箱故障诊断中的应用,并详细论述了EMD原理,对齿轮故障振动信号(简称故障信号)进行EMD,获取固有模态函数(简称IMF)分量,并通过HHT(Hilbert-Huang)变换,对IMF分量进行解调,对解调信号进行频谱分析,提取故障特征频率。研究结果表明,EMD方法能够有效降低信号的噪声,提高信噪比,突出信号的故障特征。     

基于CEEMD与小波阈值的机械密封声发射信号自适应降噪方法

针对机械密封声发射信号容易受到环境噪声干扰,难以有效地从背景噪声中分离的问题,提出将互补集合经验模态分解(CEEMD)与改进小波阈值降噪方法相结合的声发射信号自适应降噪方法。根据白噪声经经验模态分解(EMD)后其固有模态函数分量的能量密度与其平均周期的乘积为一常数的特性,自适应地判定CEEMD信噪分量的分界点;为避免小波原阈值函数的缺陷,应用改进小波阈值函数对高频IMF分量进行降噪处理,然后同其余的IMF分量进行信号重构,完成降噪过程。对仿真信号和采集的机械密封声发射信号的降噪结果,证明了该降噪方法的有效性和可行性。     

侵彻弹体频率特性分析及过载信号处理

为解决硬目标侵彻过载信号降噪问题,提出融合总体经验模态分解（EEMD）和小波变换（WT）的联合滤波方法。首先对实测信号进行总体经验模态分解,获得信号的本征模态函数（IMF）分量,然后计算各分量功率谱并与原信号比较,得出信号的有效分解尺度和弹体的过载响应频率,接着对高频IMF分量采用小波阈值降噪,最后将降噪后的高频分量与分解后的低频分量组合重构获得侵彻特征信号。实验证明,这一方法可以有效提取弹体响应频率,消除侵彻过程中弹体的高频振动信号和外部噪声,且处理后的加速度曲线具有更高的信噪比,积分所得速度和位移时程曲线也与实验结果相近。     

基于改进EMD与谱峭度的滚动轴承故障特征提取

针对滚动轴承故障信号的调制特点和其需要依靠经验来选择共振高频带的缺点,提出一种改进经验模态分解(EMD)与谱峭度法结合的滚动轴承故障诊断方法。首先,通过EMD将滚动轴承故障信号分解为若干固有模态函数(IMF);然后通过互信息、峭度、互相关性剔除虚假IMF分量,重构故障信号;最后利用谱峭度设计最优带通滤波器,并对滤波后的信号进行包络解调分析,提取滚动轴承故障特征。滚动轴承故障实验信号分析结果表明,改进EMD与谱峭度方法能有效提取滚动轴承故障特征,且比传统包络分析方法更具优势。     

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.     

EEMD结合小波阈值的光电容积脉搏波信号降噪

为了研究脉搏波信号降噪的问题,文章提出了一种集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)与小波阈值相结合的降噪方法,对采集到的光电容积脉搏波信号来做降噪处理,同时和EMD结合小波阈值降噪算法进行比较。算法首先把信号做EEMD的分解,将原始信号分解为n个模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF),然后对这些分量做相干性的计算,对其中的噪声分量来做小波阈值降噪,最后将信号重构。原始信号在STM32平台上采用MAX30100传感器测得。实验结果表明:本文的方法能够很好地剔除光电容积脉搏波中包含高频噪声与基线漂移的各种噪声,降噪后信噪比为34.09,均方根误差为1.99。提高了PPG信号的质量,为光电容积脉搏波信号的准确测量提供了新的思路。     

噪声环境下滚动轴承故障特征提取

滚动轴承故障振动信号采集中往往含有大量的噪声信号。为了从含噪信号中提取故障特征,首先对采集的信号进行小波降噪,然后利用经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)得到若干个内禀模态函数(intrinsic mode function,IMF),并考虑分解的各模态函数的能量特征,将分解后的IMF分量与分解前信号的能量比作为判断标准,剔除附加低频成分,最后选取有效的IMF集进行包络谱分析,提取故障特征。通过仿真分析和以真实滚动轴承为研究对象的故障诊断实验,表明该方法有效地去除了混杂在故障信号中的噪声,有效地提取旋转机械中的故障特征信息。     

峭度准则EMD与空域相关结合的滚动轴承故障特征提取

针对滚动轴承故障信号非线性、非平稳的特点,提出一种经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)与空域相关相结合的信号特征提取方法。首先,利用EMD方法将振动信号分解成若干个固有模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF);然后采用峭度准则选取能够反应故障特征的IMF分量进行重构,再对重构信号运用空域相关法进行降噪;最后将处理后的振动信号进行Hilbert包络谱分析,提取出轴承的故障特征。采用所建立的方法分析轴承外圈故障的实验数据。结果表明,峭度准则EMD与空域相关相结合的方法能够对振动信号进行降噪处理并有效地提取出轴承外圈故障特征频率。     

基于VMD和奇异差分谱的滚动轴承早期故障诊断

针对强噪声环境下滚动轴承早期故障特征信息非常微弱且难以提取的问题,提出了基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)和奇异值差分谱的故障诊断方法。首先对轴承故障振动信号进行VMD分解得到一系列本征模态分量(Intrinsic Mode Functions,IMFS),由于噪声的干扰,很难从各个模态分量中提取有效的故障特征信息;然后根据相关系数准则,对相关系数较大的分量构建Hanke矩阵进行奇异值分解,求取奇异值差分谱,从差分谱中确定重构信号的有效阶次对信号进行降噪处理;最后对降噪处理后的信号进行Hilbert包络处理,从包络谱中即可准确地提取到故障特征频率。仿真信号和工程数据处理结果表明,该方法能够有效地降低噪声的影响,精确地提取到轴承微弱的故障特征频率信息。     

改进WMRA在滚动轴承故障诊断研究中的应用

针对滚动轴承初期故障诊断时故障特征信号微弱,且传统的包络谱分析方法需要预先依靠经验确定出分析频段的问题,提出了基于经验模态分解(EMD)和改进的小波多分辨率分析(WMRA)的诊断方法。首先通过对滚动轴承故障振动信号进行EMD分解,利用峭度系数和振动固有频率特征参数对分解后的本征模态函数(IMF)分量进行了分类,筛选出了最佳IMF分量,然后通过希尔伯特变换(HT)计算得到了所选IMF分量的包络信号,最后利用改进后的WMRA对包络信号进行了重构,所得到的包络谱明显地突出了故障特征频率。实验结果表明:相比单独的EMD或传统的WMRA,该方法有效地提高了信号分析的准确性。     

基于灰色准则与EEMD的滚刀振动信号降噪方法

工程现场采集的滚刀振动信号掺杂噪声,致使信号特征难以提取。提出一种基于灰色准则与集合经验模态分解(EEMD)的滚刀振动信号降噪方法。首先将原信号进行EEMD分解得到若干个特征模态函数(intrinsic mode function,IMF),再根据提出的灰色准则对IMF分量进行极性一致化处理、均值化处理,计算出IMF1与其他IMF分量的灰色关联度,并按照灰色关联度将IMF分量降序排列,然后选择降序排列中前一半IMF分量进行软阈值处理,最终将处理后的IMF分量、未处理的IMF分量及余项进行重构,得到降噪后的信号。通过不同初始信噪比的仿真信号和实际加工中的滚刀振动信号验证了本方法的可行性和有效性,同时与EEMD结合相关系数降噪法、小波软阈值降噪法进行了比较,结果表明本方法的降噪效果更优。     

基于中值滤波-SVD和EMD的声发射信号特征提取

针对随机噪声和脉冲干扰对经验模态分解(EMD)质量的影响,提出中值滤波和奇异值分解(SVD)联合降噪方法,并将其与EMD分解相结合形成一种新的声发射(AE)信号特征提取方法.首先对原始AE信号进行中值滤波,去除幅值较大的异常值;其次对去除异常值的信号序列进行相空间重构和SVD分解,并针对难以确定重构阶数这一问题,提出奇异值能量差分谱概念,利用谱峰的较大值位置来确定重构阶数,以进一步降噪;最后对降噪信号进行EMD分解,以本征模态函数(IMF)的能量占比作为表征各损伤信号的特征向量.数值仿真和5层胶合板损伤的实测数据表明,该方法不仅能够滤除噪声干扰,提高EMD分解的时效性和准确性,而且能够有效地提取出胶合板AE信号特征,对其损伤类型进行有效地识别.     

基于内禀模态特征能量法煤油机爆震特征提取

为解决电控二冲程煤油发动机爆震特征提取的问题,根据内禀模态函数(intrinsic mode function,IMF)正交的特点,提出了基于内禀模态函数特征能量法的爆震特征提取方法.该方法对电控二冲程煤油发动机缸内压力信号进行经验模态分解(empirical mode decemposition,EMD),得到若干IMF分量,利用内禀模态函数能量法获取信号能量占主导地位的IMF分量,作为爆震信号的主导模式分析对象,对该IMF分量进行功率谱密度分析,得到了电控二冲程煤油发动机的爆震特征频率.通过仿真计算以及爆震信号分析,结果表明内禀模态函数特征能量法在电控二冲程煤油发动机爆震特征频率提取过程中实用有效.