基于EEMD的振动信号自适应降噪方法

摘 要：应用集合经验模式分解（Ensemble empirical mode decomposition ,EEMD）能有效抑制模态混叠的特性,根据白噪声经经验模式分解（Empirical mode decomposition, EMD）后其固有模式函数（intrinsic mode functions ,IMF）分量的能量密度与其平均周期的乘积为一常量这一特点设计了自动选择IMF分量重构信号的算法,提出了基于EEMD的振动信号自适应降噪方法。对仿真信号和滚动轴承振动信号的降噪结果表明了该降噪方法的可行性和有效性。     

邻域自适应选取的局部投影非线性降噪方法

局部投影降噪算法已广泛应用于非线性时间序列的分析中，但受邻域选取的影响较大。提出了一种按照自适应方式选取邻域大小的局部投影降噪算法。首先用时间延迟方法将一维时间序列重构到高维相空间。然后逐步增大每个待分析相点的领域大小，根据领域最大主方向变化过程中首次出现平稳阶段时，自适应地确定该相点的最优领域，最后再用局部几何投影的方法去除噪声成分。对洛伦兹信号和杜芬信号分别添加不同噪声水平的高斯白噪声，对领域自适应选取的局部投影算法与标准局部投影算法的降噪效果进行了比较。实验结果表明，自适应邻域选取方法，提高了局部投影算法的降噪能力和对领域参数的鲁棒性。     

基于自相关降噪的混叠转子振动信号分离

航空发动机在运行过程中,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,对机器的健康监测和故障诊断造成了很大的困难。介绍了盲源分离基本原理和方法,指出盲源分离算法在强噪声环境下失效。针对强噪声环境下的混叠振动信号,提出首先通过时延自相关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。仿真结果验证了提出方法的有效性。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盲分离,为噪声环境下的混叠信号分离提供了一种新的方法。     

基于相空间重构与独立分量分析的局部独立投影降噪算法

针对故障分析信号中存在噪声问题,提出一种将相空间重构与独立分量分析相结合的局部独立投影降噪算法。其中相空间重构的目的在于从高维相空间中恢复混沌吸引子,独立分量分析能够找到信号的主流形,选择邻域是为了将特征相近的相点结合在一起。使用该方法对正弦仿真信号和Lorenz仿真信号进行降噪处理,结果表明局部独立投影降噪算法的降噪效果与局部独立分量分析算法降噪效果接近,但优于全局投影降噪算法。运用该方法对低速重载轴承振动信号进行分析,准确判断出轴承故障。     

高阶局部投影算法及其在滚动轴承故障诊断中的应用

针对局部投影降噪算法中邻域相点的质心选取问题,分析了邻域质心的选取对降噪效果所产生的影响。提出了一种高阶邻域质心的选取方法,利用高阶多项式对邻域质心进行了更为精确地估计,更好地适应了吸引子的几何形状,进一步抑制了噪声,提升了局部投影算法的降噪效果。通过数值仿真信号进行了验证,并与同样基于相空间重构的非线性时间序列降噪方法做了对比,说明了高阶局部投影算法的优越性。最后将其运用于工业现场的风机轴承故障诊断中,从频域成功地提取出了滚动轴承的故障特征。     

基于ASEGMF的旋转机械振动信号降噪方法研究

针对实测振动信号易受噪声污染而淹没有用信息的问题,提出一种基于自适应结构元素广义形态滤波(ASEGMF)方法对旋转机械振动信号进行降噪处理。首先,根据待分析信号的性质,选择正弦形结构元素,并定义了结构元素的长度尺度和高度尺度。其次,根据信号局部峰值特征,定义了峰值间隔和峰值高度,结合自适应方法得到了正弦结构元素的长度尺度和高度尺度。最后,采用一小一大自适应结构元素级联而成的广义形态滤波器对振动信号进行降噪处理。该方法克服了以往形态滤波器结构元素尺寸选择的随机性,完全根据信号局部峰值特征自适应地确定结构元素,消除了人为因素的影响。仿真和实例分析结果表明,自适应结构元素广义形态滤波具有更强的降噪性能,非常适合旋转机械故障的在线监测和诊断。     

基于邻域自适应局部保持投影的轴承故障诊断模型

为了有效利用振动信号进行故障诊断,提出了一种基于邻域自适应局部保持投影的轴承故障诊断模型。首先,利用EMD将轴承振动信号分解为若干个平稳的固有模态函数（IMF）,对IMF分量建立自回归（AR）模型,构建原始特征子集。然后,利用邻域自适应局部保持投影算法对原始特征子集进行降维处理,获得原始特征子集的低维特征向量和投影矩阵。以低维特征向量为输入,以最小二乘支持向量机（LS-SVM）为分类器,通过研究故障识别率和低维特征空间维数的关系确定最优降维维数和对应的最优投影矩阵。最后,根据最优降维维数完成降维处理过程,得到低维特征向量,输入LS-SVM分类器,识别轴承的工作状态和故障类型。实验结果表明,该模型提高了轴承故障诊断的精度。     

含裂纹离心压缩机叶轮结构的振动局部化

针对离心压缩机在复杂运行工况下的失谐与裂纹问题,研究裂纹与失谐对叶轮结构振动响应和振动局部化的影响规律。首先,采用三维有限元模型建立具有复杂几何形状的叶轮结构的定量分析模型,并通过在裂纹界面上定义接触的形式模拟裂纹的呼吸效应。其次,通过采用混合界面模态综合法对系统自由度进行缩减,以解决了采用三维有限元模型分析非线性系统动态响应时所存在的计算量大和收敛困难的问题。最终,采用Monte Carlo方法对含裂纹的失谐叶轮结构进行统计分析,研究随机失谐和裂纹故障对叶轮结构振动局部化的影响规律。结果表明裂纹和失谐都会对结构的振动响应产生显著的影响,并会导致振动能量的集中和振动局部化现象。     

基于SVMFE的往复压缩机气阀故障诊断方法

针对多尺度模糊熵（Multi-scale Fuzzy Entropy,MFE）在粗粒化计算过程中存在的问题,为准确地提取往复压缩机的故障特征,将滑动方差法引入到多尺度模糊熵中,提出基于滑动方差的多尺度模糊熵(Sliding Variance Multiscale Fuzzy Entropy,SVMFE）方法。以高斯白噪声为仿真信号,将SVMFE方法与MFE分析对比,仿真结果表明SVMFE方法在衡量序列复杂性上更准确、更稳定。基于此,提出一种基于SVMFE与极限学习机（Extreme Learning Machine,ELM）的往复压缩机故障诊断方法。最后,运用所提方法对气阀故障信号分析,与基于多尺度模糊熵的故障诊断方法进行对比,验证了所提出方法的有效性,且具有较高的故障识别率。     

基于跟踪滤波的自适应振动控制

针对频率周期振荡的振动系统讨论自适应控制问题,在频率跟踪的基础上对频率变化的振动响应进行控制,给出相应的估计、滤波与控制方法。首先在子空间辨识原理的基础上,通过测量信号自相关序列的递推运算获得信号频率;然后根据估计频率实时调整带通滤波器的中心频率,使其跟踪信号频率,实现信号分量的跟踪滤波;最后在LMS 方法的基础上构造     

往复式压缩机振动的有限元数值分析与实验研究

摘 要：对某型往复式冰箱压缩机的振动进行了有限元数值模拟,研究了曲轴-连杆-活塞运动系统产生的机械激励引起的压缩机振动响应。研究表明,曲轴-连杆-活塞运动系统是压缩机低频振动的主要激励来源,气体力主要引起压缩机泵体的水平扭转振动。通过仿真结果和试验的对比,验证了数值模拟方法应用于压缩机振动响应分析的可行性。通过数值模拟,可得到机械激励引起的壳体表面振速分布,为压缩机的机械噪声预测提供参考。     

某型往复式制冷压缩机吸/排气噪声源在自由场中的辐射特性研究

往复式制冷压缩机在制冷冰箱领域广泛应用,是产生噪声的源头。为了研究往复式压缩机的噪声特性,首先通过对工作过程中的吸/排气流场特性进行了数值模拟,将流场声源信息导入声学软件LMS Virtual.Lab中,基于喷射噪声理论对壁面压力脉动引起的偶极子声源和湍流四极子声源在排气过程中的变化规律及辐射特性进行研究,最后得到压缩机吸/排气噪声辐射指向性。为实现低噪声制冷压缩机的研制提供了理论依据。     

基于LP与小波包的复杂机电系统监测序列混沌降噪方法

针对流程工业生产系统监测数据存在强噪声和混沌性的特点,提出了一种局部投影方法(Local Projection Method)与小波包方法相结合的信号降噪方法。该方法先利用局部投影方法从动力学系统嵌入流形的角度进行多次迭代降噪,并根据关联维数来判定迭代终止;再利用小波包方法从频率的角度进行降噪,抑制高频噪声的干扰,取得了较好的降噪效果。用Lorenz时间序列进行仿真验证,对仿真时间序列加入不同程度的噪声,对比分析小波包、局部投影与该方法降噪后的相空间、SNR值和最大Lyapunov指数,证明了该方法对于中高强度噪声具有更好的降噪效果。并将该方法用于某压缩机组的实际监测数据降噪,评估三种方法的降噪效果,进一步验证了该方法的优越性。     

基于三阶累积量及自适应滤波时延估计的管道定位方法

针对直接互相关被动时延估计法定位管道异常振动事件存在噪声干扰影响定位精度的问题,提出了基于三阶累积量及自适应滤波时延估计的管道异常事件定位方法。该方法对顺、反两路异常振动信号进行三阶自累积量和互累积量估计,抑制高斯相关噪声和对称分布噪声。然后利用自适应滤波时延估计算法对三阶自累积量和互累积量信号的时延进行迭代计算,在不依赖先验知识的情况下抑制非高斯相关噪声。经现场实验证明,该方法可以准确地对管道异常事件进行定位,对噪声具有很好的抑制作用,改善了直接互相关时延估计的性能。相对于直接互相关时延估计方法,相对定位误差由2.7%降低到0.6%,定位一致性提高了三倍,平均定位精度可达14m。     

基于ESO的夹层阻尼圆锯片减振降噪拓扑优化设计

针对夹层阻尼圆锯片的减振降噪拓扑优化设计,基于渐进拓扑ESO（evolutionary structural optimization）算法,寻求阻尼材料最佳布局. 导出了单元删除方法和损耗因子灵敏度计算方法,建立了拓扑优化流程,将损耗因子灵敏度作为衡量单元对结构损耗因子贡献量大小的标准,通过判断阻尼材料各单元对整体结构的减振效果,删除无效单元,得到满足刚度条件下的夹层阻尼圆锯片结构最优配置,使其在减振降噪的同时达到一定的刚度要求. 通过3种圆锯片模型的阻尼损耗因子对比,验证了优化后的圆锯片具有最佳的减振降噪效果．     

基于反馈混沌化方法的多线谱控制技术研究

船舶辐射水声中的线谱成分是被动声纳在水声对抗中检测、跟踪和识别目标的主要特征信号,混沌线谱控制技术利用混沌系统响应功率谱为宽频谱的特殊性质,把集中于某一频率的能量分散到较宽的频带上来抑制线谱成分,提高船舶的声隐身性能。利用反馈混沌化理论,对多谐波激励条件下隔振系统的混沌化进行了研究,提出了多谐波激励多自由度隔振系统的反馈混沌化方法,掌握了隔振系统进入混沌的条件和途径,突破了激励频率增加引起隔振系统混沌运动难以保持的技术难题。根据反馈混沌化原理设计了双层隔振系统试验装置,开展了隔振系统多线谱控制试验研究,试验结果证明了该方法的有效性,可作为混沌隔振系统设计的理论和试验依据。     

An efficient approach for statistical moments estimation of structural response based on a novel adaptive hybrid dimension-reduction method

Statistical moments estimation is one of the main topics for the analysis of a stochastic system, but the balance among the accuracy, efficiency, and versatility for different methods of statistical moments estimation still remains a challenge. In this paper, a novel point estimate method (PEM) based on a new adaptive hybrid dimension-reduction method (AH-DRM) is proposed. Firstly, the adaptive cut-high-dimensional model representation (cut-HDMR) is briefly reviewed, and a novel AH-DRM is developed, where the high-order component functions of the adaptive cut-HDMR are further approximated by multiplicative forms of the low-order component functions. Secondly, a new point estimation method (PEM) based on the AH-DRM is proposed for statistical moments estimation. Finally, several examples are investigated to demonstrate the performance of the proposed PEM. The results show the proposed PEM has fairly high accuracy and good versatility for statistical moments estimation.     

基于MLE阈值规则的小波特征提取技术在气阀故障诊断中的应用

气阀故障是往复压缩机最常见的故障类型之一,占故障总数的60%以上,如果不及时发现并解决,往复压缩机的压缩效率将大大降低。针对目前往复压缩机气阀故障诊断中存在的问题,结合小波降噪技术,提出了采用基于最大似然估计（MLE：Maximum Likelihood Estimation）阈值规则对气阀早期故障弱冲击变化信号进行特征提取的方法,实现了气阀故障的早期预警。     

基于跟踪混沌化方法的线谱控制技术研究

船舶辐射水声中的线谱成分是被动声纳在水声对抗中检测、跟踪和识别目标的主要特征信号,混沌隔振技术利用隔振系统处于混沌状态时其响应功率谱呈连续谱这一特征来抑制动力机械对艇体的线谱激励。针对目前混沌隔振技术在工程实际应用中存在如何在小振幅条件下实现持续混沌运动的难题,提出了利用跟踪控制使隔振系统混沌化方法,抑制辐射水声中的线谱成分,同时解决了跟踪目标建立的难题,试验结果证明了该方法的有效性。     

基于激光投影法的火炮身管内膛疵病深度测量

本文介绍了基于激光投影法的火炮身管内膛疵病深度测量的原理，从理论上分析该方法的测量精度，结果表明该方法的精度可达到0．014mm，满足疵病深度定量测量的要求。文章最后对该种方法实现工程上的应用提出了建议。