EMD端点效应抑制方法仿真比较与实例分析研究

基于经验模态分解的希尔伯特-黄变换分解会产生端点效应,现已提出了诸多的端点效应抑制方法。首先引入了端点效应问题,介绍了镜像延拓法、平行延拓法、极值延拓法、多项式拟合延拓法原理;提出延拓方法评价指标,采用仿真信号对四种抑制方法进行了对比分析,得出镜像延拓法是相对最优的处理方法;采用基于4种端点延拓方法改进的经验模态分解方法对凯斯西楚大学轴承故障数据依次进行处理;最终通过仿真分析与实例故障诊断均验证了镜像延拓法在解决端点效应问题方面的相对最优性。     

基于广义延拓逼近法的典型机械零件曲面轮廓设计

对于高精度机械零件的非圆曲面轮廓,一般采用线性插值法和拟合法进行设计,但都普遍存在设计精度不高等缺陷;为此我们采用一种新的广义延拓逼近法,利用典型零件的离散测量点进行数据逼近处理,构造出机械零件非圆曲面的广义延拓逼近模型,从而实现高精度机械零件的曲面轮廓设计。我们以某平面凸轮为例,分别运用线性插值法和分片拟合法对凸轮零件非圆曲面的测量数据进行逼近计算。设计结果对比表明,在3种逼近方法中,采用广义延拓逼近法数学模型处理典型机械零件非圆曲面的离散数据时,在取值间距相同的情况下,广义延拓逼近法具有更高的设计精度。     

基于型值点拟合的非均匀有理B样条曲线曲面延拓算法

提出了一种用于非均匀有理B样条曲线曲面延拓的算法,采用＂先离后合＂的思想,首先对需要延拓的非均匀有理B样条基线进行分析,构造出一系列的基线型值点;然后将延拓点加入到型值点序列中,再对新的型值点序列进行插值,创建出延拓曲线;最后对生成的延拓曲线的控制顶点序列进行优化操作,以保证所创建的延拓曲线拥有最佳的几何数据结构,从而为下一次延拓打下坚实的基础。算法通过在型值点构造过程中调节容差检验值,使得延拓操作能够适应任意精度的运算场合,从而在运算速度与精度之间达到最佳平衡。讨论了非均匀有理B样条曲线曲面延拓的几种不同形式,以及相应延拓点的计算方式,并给出了运用该算法的运行结果。     

基于广义延拓逼近法的凸轮轮廓反求设计

在高精度的凸轮轮廓反求设计中,利用凸轮轮廓非圆曲面的离散测量点,采用一种新的方法--广义延拓逼近法,构造出凸轮非圆曲面的广义延拓逼近模型,来实现高精度凸轮轮廓的反求设计.为验证设计效果,分别运用三次样条插值法和最小二乘拟合法对凸轮非圆曲面数据进行逼近计算.结果对比表明,采用广义延拓逼近法数学模型处理凸轮非圆曲面的离散数据时,如果在延拓域边界点上满足插值条件,可以实现区域内部的最佳拟合.此外,在插值次数相同的条件下,广义延拓逼近法具有更高的设计精度.     

Hilbert-Huang变换在干式真空泵故障诊断中的应用

讨论Hilbert-Huang变换（HHT）的基本原理;研究基于神经网络延拓法和镜像闭合延拓法两种算法的不足,为克服这些不足引入可变长包络极值镜像延拓法,通过仿真信号对三种方法进行比较研究,验证可变长包络极值镜像延拓法的优越性;将HHT方法应用于干式真空泵轴承故障诊断中,进行试验数据分析,与传统的Hilbert变换包络解调方法进行比较,结果表明HHT方法在故障特征频率提取方面具有更高的分辨率和准确性,实验结果验证了该方法的有效性。     

一种基于边界信息的曲面延拓方法

针对航空模具设计中曲面延拓较为困难的问题,提出一种基于曲面边界信息的曲面延拓方法,基于曲面边界面片得到一系列待延拓点,利用其切矢量和法矢量等信息获得对应的延拓点;再利用待延拓点、延拓点和曲面边界生成延拓面片网格,通过对网格进行曲面填充,得到一张张延拓曲面片,再将其与原曲面相结合,得到延拓曲面。基于CATIA V5R18开发了航空模具曲面延拓工具,可提高航空模具设计效率。     

基于时间序列差分特性的LMD端点效应处理方法

局部均值分解方法在计算过程中会使信号在端部产生端点效应,为减弱LMD中存在的端点效应,提出了一种基于信号时间序列差分特性的端点延拓方法。将信号曲线看作一段离散函数,利用该函数段末端的一阶差分和二阶差分的符号判断曲线的特征和发展趋势,根据具体情况判定所延拓极值点的值。使用该方法对仿真信号和实验轴承外圈故障和内圈故障信号进行了分解,并将其结果与镜像延拓改进的LMD方法分解的结果进行了对比。该方法在分解中的良好表现验证了其在信号分析中的有效性。     

经验模态分解边缘效应抑制方法综述

由Huang提出的经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)算法,在对非线性、非平稳信号进行平稳化处理时表现出了它特有的分析能力.但是它本身也存在不足之处,在利用三次样条插值求上下包络时,由于不能确定两端点处的极值,使得拟合出的包络线有可能偏离实际的包络线,这种现象将严重影响EMD分解的质量.针对这个问题,许多抑制边缘效应(有的文献也称:端点效应)的方法已被提出.本文对其中主要几种方法:镜像闭合延拓法、极值点对称延拓法、自回归模型(AR模型)延拓法、时变参数ARMA模型延拓法、正交多项式拟合法、神经网络的数据序列延拓法、支持矢量回归机法及窗函数法等作了一个归纳总结,阐述了各种方法的原理、抑制效果及存在的局限性.     

曲线运动导轨的设计方法研究

曲线运动导轨主要应用于轻工机械、非标自动化设备的传动导向,实现机械执行部件曲线运动轨迹的要求。为了满足机械产品工作部件的曲线运动轨迹和运动性能要求,对曲线运动导轨的使用场合和应用形式进行了分析,对曲线导轨的导轨曲线设计方法进行了研究,提出了直接等距法、逼近等距法和多项式法等三种导轨曲线的设计方法,详细给出了各种设计方法的基本原理,提高了曲线导轨的设计精度和导向准确性,进而满足了曲线传动的实际应用要求。     

利用Kriging预测模型的EMD端点延拓

结合端点效应的产生机理和关于端点效应的现有研究成果,提出了一种基于Kriging预测模型的抑制EMD端点效应的新方法.通过计算信号及其包络线的最优线性无偏预测,将信号的上、下包络线进行延拓,从而最大化地逼近原始信号两端点,并将未延拓的分解结果、基于镜像延拓法得到的结果和基于Kriging预测延拓法得到的结果进行对比分析.仿真算例和试验结果表明,基于Kriging预测模型的延拓方法抑制EMD端点效应的效果最优,能够精确反映信号特征,有利于准确提取结构的模态参数,提高运算效率.     

最近相似距离延拓法耦合平行延拓法抑制EMD端点效应

在经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)中,综合考虑信号内部的规律性,在深入研究最近相似距离延拓法和平行延拓法的基础上,对EMD端点延拓方法进行了改进,通过计算信号内部波段与端点波段的相似距离,确定信号内部规律性的强弱。在信号内部规律性较强的情况下,采用最近相似距离延拓法,使信号两端最大程度地反应信号内在信息;在信号内部规律较弱的情况下,考虑到端点信号发生异常的情况,采用平行延拓法在信号端点进行预测延拓。为验证该方法,本研究通过仿真分析和滚动轴承故障进行研究,研究结果表明,改进后的EMD分解得到的IMF分量与原模拟信号分量的匹配距离分别为3.378 7、7.240 4、7.390 7,波形相似系数分别为0.999 9、0.997 7、0.903 4,边际谱频率在f_1=5 Hz的误差为6.2%,与直接延拓法、平行延拓法相比更准确,能有效地抑制EMD端点效应。该方法能提高信号分解精度,实现对故障特征的有效提取,为机械故障诊断提供参考依据。     

新型经验模式分解端点效应消除方法

对经验模式分解(Empirical mode decomposition, EMD)的端点效应进行深入分析,指出现有延拓方法的不足,对基于正弦函数延拓的方法进行改进,分析不同的延拓周期、延拓信号长度及信号端点值对EMD分解的影响,并与镜像延拓EMD分解方法进行了分析比较。在此基础上,提出一种基于指数正弦型延拓方法的EMD分解,它从原理上减小了延拓信号端点包络线的发散程度,从而提高了EMD分解精度和速度,并对其进行了仿真分析。研究结果表明,新的延拓方法优于传统的延拓方法,能较好地抑制EMD端点效应。     

一种复杂曲面延拓方法

曲面延拓是将曲面沿着自身曲率变化趋势向外进行拓展的一种方法,在几何造型、计算机辅助图形学和模具设计中有广泛的应用。传统CAD软件针对拓扑结构复杂的曲面数模不能直接进行延拓。提出了一种延拓思路和方法,对于给定的曲面先对其内部的孔洞及裂缝进行判断和处理,处理后的曲面再通过粗等距的方法,简化其内部拓扑结构,用简化拓扑结构的曲面代替原曲面完成曲面延拓操作,获得延拓部分,延拓部分与原曲面通过桥接光顺地过渡连接起来,完成曲面延拓。事实证明,该方法可以将一些原本不能直接通过CAD软件直接延拓的曲面快速延拓。     

基于边界特征尺度匹配延拓的EMD改进方法及应用

针对经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)中存在的端点效应问题,提出一种边界局部特征尺度延拓的EMD改进方法。通过计算信号边缘处与信号内部任何一段子波的匹配误差,确定信号的规律性强弱。在信号内在规律性较强的情况下,进行内在的匹配波形延拓,最大限度地维护信号的内在趋势;在信号规律性较弱的情况下,特别是信号边缘发生异常变化的情况下,只考虑边缘处的局部信息,根据边缘局部极值点的特征进行延拓,对延拓的极值点序列进行包络拟合,估计出均值曲线。该方法保证了信号有效数据的正确分解,提高了信号的分解精度,实现了EMD算法的改进。仿真实验验证了该方法能较好地抑制EMD端点效应。     

基于模糊论方法的连杆曲线计算机识别

复演轨迹法一直被认为是进行连杆机构设计的一种高效、简便的设计方法，但传统图解法的效率和精度都很低，所以基于复演轨迹法的思想，对平面四杆机构设计进行了研究：首先建立了平面四杆机构连杆曲线及其特征参数的数据库；其次，参照预期曲线的特征，采用模糊数学方法中的λ截集法对曲线进行识别，找出一条或几条与预期曲线相似的连杆曲线。该方法不仅具有较高的识别精度，并能实现设计的多解。     

一种抑制EEMD端点效应的改进SVR方法

针对总体平均经验模式分解(EEMD)中存在的端点效应问题,考虑到极值延拓只利用端点附近的值、基于数据点的支持向量回归机(SVR)延拓耗时长的缺点,将极值延拓和SVR数据预测延拓结合起来,提出了一种基于极值点的SVR延拓新方法。该方法通过找出信号中的所有极值点,先将端点附近的极值点作为SVR训练样本对信号极值点幅值进行延拓,并利用原信号所有相邻极值点时间尺度之差的平均值来控制延拓极值点的形状,再利用埃尔米特插值将延拓的极值点插值成所需要的数据点完成对信号的延拓。方法既参照了信号两端的变化趋势,又综合考虑了整个数据序列内部极值点的信息。通过仿真信号和对端点效应影响严重的实测液压故障信号分析表明,基于极值点的SVR延拓方法不仅提高了EEMD分解的精度和可靠性,有效地抑制了端点效应现象,解决了端点效应引起的分解失真问题,而且大幅减少了SVR延拓需要延拓的数据点,明显缩短SVR延拓的时间,提高了方法的实用性。     

实现复杂的预定连杆曲线的凸轮修正法

本文论述了一种在进行精密机械和轻工机械的机构综合设计时,如何实现复杂的预定连杆曲线的新型设计方法--即凸轮修正连杆曲线法。     

基于HMM校正与神经网络延拓的EMD端点效应抑制方法

针对神经网络延拓方法在抑制经验模态分解的端点效应时存在的延拓数据与真实数据往往存在误差的问题,提出了一种基于HMM校正的方法来减小预测延拓数据误差。首先利用径向基函数(RBF)神经网络预测估计方法对部分原始数据进行估计,同时对端点外数据进行预测。然后计算该方法估计的数据与真实数据的误差序列,再用HMM方法建立估计误差序列模型,用以预测延拓后数据的误差。最后用RBF神经网络延拓数据减去HMM预测的误差数据得到新的校正后延拓数据。仿真与实验证明了将HMM预测方法与RBF神经网络数据延拓结合应用到解决端点效应的过程中所得到的延拓数据更接近真实数据,能够更好地解决端点效应问题,提高了经验模态分解精度。     

编码光源显微镜

本文扼要地阐述了一种既能提高显微镜的分辨本领又能延拓其焦深的新方法——编码源法,并给出理论依据和实验结果,实验证明:这种方法具有实用价值。     

基于Pro/E软件的仿形靠模轮廓曲线设计与运动仿真

设计仿形靠模轮廓曲线常用方法有作图法与计算法。计算法过程烦琐,需要计算机辅助编程完成,而传统作图法又具有误差大、精度不高的问题。以某一生产零件为例,利用Pro/E软件将作图法融入其中获得仿形靠模理论轮廓曲线的坐标,并生成较高精度的仿形靠模理论轮廓曲线及其实体,提高了仿形靠模的设计精度与效率。实践证明,这是一种有效的方法。