基于小波—Hilbert解调的齿轮故障诊断方法

提出了一种小波分析与Hilbert解调谱相结合的分析方法,并应用于齿轮故障特征的提取。依据齿轮箱故障机理和频谱特征,采用小波变换将信号分解后在不同频带进行分析,实现齿轮故障中的非线性耦合特征频率的提取,然后对特征频率进行Hilbert解调以得到准确的故障信息。将其应用于汽车领域,结果表明提出的方法可以有效提高频率分辨率,实现故障特征的准确提取,对于汽车变速箱的齿轮故障诊断具有一定的价值。     

小波包和小波脊线相结合的解调方法在液压泵故障诊断中的应用

针对轴向柱塞泵故障振动信号呈现出的非平稳和非线性特点,提出了一种基于小波包能量法与小波脊线法相结合的信号解调方法,将其用于液压泵故障诊断中的信号解调过程。该方法首先对原始振动信号进行功率谱分析,明确故障振动信号反映出的能量集中频带带宽;根据确定的带宽和原始信号分析频率设定小波包分解的层数,采用小波包能量法提取出分解系数对应频带能量最大的特征信息进行信号重构;利用小波脊线法对重构后的频带信号进行解调处理,通过信号的包络解调谱提取故障的特征频率,利用解调后的时频谱对液压泵单柱塞滑靴磨损、斜盘磨损以及中心弹簧故障进行分析。通过实验结果验证,该方法能有效地对液压泵的故障信号进行解调,并能找出反映故障的敏感特征频率。     

基于Morlet小波的时频图在齿轮断齿故障诊断中的应用

齿轮传动系统振动信号带有明显的非平稳性,齿轮断齿故障使非平稳特征更加明显,并伴有明显的脉冲冲击特性。利用小波分析处理非平稳的优势,结合齿轮传动系统的振动特性和Morlet小波能够处理脉冲信号的特点,建立了基于Morlet小波的时频分析方法,通过对某齿轮增速箱齿轮断齿故障的诊断,证明本方法不但能够准确诊断出断齿故障,而且能够评估断齿数量,较好地弥补了传统频谱分析的不足。研究结果对于齿轮断齿等具有脉冲信号特征的故障诊断具有一定的指导意义。     

改进经验小波变换在齿轮低频微弱故障特征提取中的应用

齿轮振动信号的经验小波变换频谱分割,可能会将啮合频率及其边频带划分到不同频带上,导致频带划分不合理,分离出的调幅?调频(AM?FM)分量不理想.针对上述主要问题,提出了一种采用频谱趋势进行频谱边界划分的改进经验小波变换方法,将齿轮啮合频率与其相应的边频带划分到同一频带内,得到比较理想的AM?FM分量,实现了依据齿轮振动信号频谱局部特征的自适应分解.同时,对提取的AM?FM分量进行自相关分析以进一步增强改进经验小波变换的低频微弱故障特征提取效果.通过仿真与试验分析,验证了提出方法在齿轮低频微弱故障特征提取中的有效性及优势.     

改进经验小波变换在齿轮低频微弱故障特征提取中的应用

齿轮振动信号的经验小波变换频谱分割,可能会将啮合频率及其边频带划分到不同频带上,导致频带划分不合理,分离出的调幅?调频(AM?FM)分量不理想.针对上述主要问题,提出了一种采用频谱趋势进行频谱边界划分的改进经验小波变换方法,将齿轮啮合频率与其相应的边频带划分到同一频带内,得到比较理想的AM?FM分量,实现了依据齿轮振动信号频谱局部特征的自适应分解.同时,对提取的AM?FM分量进行自相关分析以进一步增强改进经验小波变换的低频微弱故障特征提取效果.通过仿真与试验分析,验证了提出方法在齿轮低频微弱故障特征提取中的有效性及优势.     

结合频谱聚类与经验小波的轴承故障诊断方法

实测轴承振动信号就有非平稳、非线性特征,因此,对该类信号的分析需要进行解调得到特征频率,在众多解调法中包络分析是最为常用的方法;为了使解调结果更加清晰,常在解调前进行滤波,达到滤除干扰成分可有效提升解调的效果.经验小波变换提供了基于频带划分的小波滤波框架,划分后频带可滤除部分干扰信号,突出故障信号.对此,受"箱型图"和层次聚类法的启发,对"突出值"聚类法进行频带划分,通过平方包络互相关系数选取合理的频带划分个数.最后选取平方包络峭度值最大的滤波子信号进行Teager能量算子解调,获取特征频率.文章针对不同工况下的不同故障类型轴承运行数据进行分析,验证算法的有效性.特别地,在复合故障分析中,利用动态阈值法到达分别突出不同轴承故障频率的效果.     

应用小波包和包络分析的滚动轴承故障诊断

提出了一种基于小波包分析、频带能量分析和包络分析相结合的滚动轴承故障诊断方法.首先利用小波包将滚动轴承振动信号分解到不同的节点上.然后求出各频率段的能量,根据频带能量的变化情况,找出滚动轴承的故障所在的频带.最后对故障频带的重构信号做包络谱,将谱峰处的频率同滚动轴承的故障特征频率进行对比分析,诊断出滚动轴承的故障.通过对试验中采集到的滚动轴承振动信号进行分析,证明了该方法在滚动轴承故障诊断中的有效性.     

基于自适应复平移Morlet小波的轴承包络解调分析方法

针对滚动轴承的传统包络解调分析技术需要人工选择参数的缺点,提出一种自适应包络解调分析方法。该方法针对轴承故障在振动信号中表现为冲击衰减波形的特点,采用复平移Morlet小波实现冲击特征波形的自动提取。同时,基于小波系数峭度值最大的优化策略,给出Morlet小波基函数的中心频率和包络因子的优化方法,从而实现与冲击特征成分的最优匹配,获得较好的包络信号。对模拟信号和实际轴承故障数据的应用分析表明,该方法通过对基函数波形的优化匹配,可以有效地解调出弱故障特征分量,效果优于普通的复平移Morlet小波变换,适合于轴承的早期故障特征提取。     

柔性椭圆轴承故障频率分析与CMWT-FH特征提取

柔性椭圆轴承（Elliptically shaped baring,ESB）在工作中承受循环交变应力载荷,是谐波减速器中最易损坏的核心零件。根据ESB的运动学特性,推导其滚道表面发生局部缺陷故障时的特征频率公式。由于其故障特征容易被长短轴交替产生的振动激励信号所掩盖,提出连续Morlet小波变换（Continuous Morlet wavelet transform,CMWT）与基于FFT的Hilbert频谱分析（FFT based Hilbert,FH）结合的CMWT-FH故障特征提取方法。与普通FH方法的特征提取效果对比分析,CMWT-FH方法可以更容易、更准确地识别出ESB的故障特征频率及其边频带频率：外圈故障时,外圈故障特征频率及其高次倍频两侧存在间隔为二倍转频调制频率的边频带;内圈故障时,内圈故障特征频率及其高次倍频两侧存在间隔为转频调制频率的边频带。可结合故障特征频率及调制边频带来判断故障出现在外圈还是内圈。     

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。     

The envelope order spectrum based on generalized demodulation time–frequency analysis and its application to gear fault diagnosis

The generalized demodulation time–frequency analysis is a novel signal processing method, which is particularly suitable for the processing of multi-component amplitude-modulated and frequency-modulated (AM–FM) signals as it can decompose a multi-component signal into a set of single-component signals whose instantaneous frequencies own physical meaning. While fault occurs in gear, the vibration signals measured from gearbox would exactly display AM–FM characteristics. Therefore, targeting the modulation feature of gear vibration signal in run-ups and run-downs, a fault diagnosis method in which generalized demodulation time–frequency analysis and envelope order spectrum technique are combined is put forward and applied to the transient analysis of gear vibration signal. Firstly the multi-component vibration signal of gear is decomposed into some mono-component signals using the generalized demodulation time–frequency analysis approach; secondly the envelope analysis is performed to each single-component signal; thirdly each envelope signal is re-sampled in angle domain; finally the spectrum analysis is applied to each re-sampled signal and the corresponding envelope order spectrum can be obtained. Furthermore, the gear working condition can be identified according to the envelope order spectrum. The analysis results from the simulation and experimental signals show that the proposed algorithm was effective in gear fault diagnosis.     

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。     

基于复Morlet小波和系数相关的齿轮故障特征提取

针对大型机械测取的振动信号信噪比低,故障特征不明显,故障定位难度大,提出了基于复Morlet小波和系数相关的齿轮故障特征提取方法。该方法利用了复Morlet小波的幅值、相位组合信息对信号突变点具有更好的敏感特性和小波系数相关降噪特性,对被测信号进行复Morlet小波变换,再分别将小波系数的实部和虚部进行自相关处理,并将相关后系数的幅值和相位进行组合。该方法在对齿轮传动弱故障信号特征提取的试验结果表明,该方法与直接的复Morlet小波变换相比,能够有效去除噪声,更好地突出故障特征,对故障特征点进行更精确地定位。     

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.     

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。     

基于改进经验小波变换的行星齿轮箱故障诊断

行星齿轮箱振动信号具有复杂多分量和调幅-调频的特点。幅值解调和频率解调方法能够避免传统Fourier频谱中的复杂边带分析,有效识别故障特征频率。经验小波变换通过对信号Fourier频谱的分割构造一组正交滤波器组,能提取具有紧支撑Fourier频谱的单分量成分,再对单分量成分运用Hilbert变换即可实现信号的解调分析。经验小波变换能够有效分离出调幅-调频成分,不存在模态混叠现象,具有完备的理论基础,自适应性好、算法简单、计算速度快。将改进的经验小波变换应用于行星齿轮箱振动信号的解调分析;提出了一种单分量个数的估算方法,解决了经验小波变换中的Fourier频谱划分问题;给出了对故障敏感的信号分量的选取方法,提高了分析的针对性。将改进方法应用于行星齿轮箱振动仿真信号和实验信号分析,验证了该方法的有效性。