基于MMSE和谱峭度的滚动轴承故障诊断方法

共振解调作为滚动轴承常用的故障诊断方法,存在带通滤波器参数难以确定的缺点,针对此缺点以及滚动轴承早期故障信号信噪比低的问题,结合最小均方误差估计方法(MMSE)和基于谱峭度的共振解调方法,并将其应用于滚动轴承早期微弱故障诊断中。首先用MMSE方法抑制白噪声来提高信噪比,然后利用谱峭度自适应确定最优带通滤波器参数,最后对带通滤波后的信号进行能量算子解调谱分析,得出诊断结果。数字仿真信号和实验信号验证了该方法的有效性。     

一种自适应共振解调方法及其在滚动轴承早期故障诊断中的应用

提出一种基于遗传算法的自适应共振解调技术并应用于滚动轴承的早期、微弱故障的精密诊断。传统的共振解调方法需要提前获得带通滤波中心频率和带宽等信息,往往需要反复调试才能获得满意的结果。在传统共振解调的基础上,利用滚动轴承故障特征频率的变化规律,设计了一种新的目标函数,借助遗传算法优良的全局搜索能力确定出最佳的带通滤波参数。在此基础上再进行共振解调分析,可在复杂的干扰噪声中提取出微弱的故障信号,准确识别出非损伤性轻微故障。在轮对跑合试验台上进行检验后发现:该方法可自动地优化出最佳的带通滤波中心频率和带宽,从而精确诊断出早期、非损伤性轴承故障。     

EMD降噪和谱峭度法在滚动轴承早期故障诊断中的应用

共振解调是滚动轴承故障诊断中最常用的方法之一,然而其带通滤波器参数的选取通常比较困难。谱峭度法能根据峭度最大化原则自动确定带通滤波器参数,取得了一定的诊断效果,但由于滚动轴承的早期故障信号中含有强烈的背景噪声,诊断效果有时也不够明显。为此,提出一种基于EMD降噪和谱峭度法的滚动轴承早期故障诊断新方法,首先采用基于互相关系数和峭度准则的EMD降噪对采样信号进行预处理,突出高频共振成分,再利用谱峭度法选取最佳带通滤波器参数,最后使用带通滤波和包络解调进行故障诊断,并通过实际工程信号进行了验证。     

基于谱峭度的滚动轴承故障包络阶比跟踪分析

通过对旋转机械变速运行工况的齿轮箱振动分析研究,提出一种基于谱峭度的滚动轴承故障包络阶比跟踪分析方法。该方法利用旋转机械运行过程中滚动轴承故障引起的冲击性振动会激起其周围结构共振的原理,应用谱峭度方法自适应地确定优化的共振解调带通滤波中心频率和滤波带宽,进而通过共振解调算法获得包含轴承故障初始阶段振动特征的包络信号,再将变速工况下的非平稳包络信号通过等角度重采样转化为角度域的准平稳信号,进而获得消除了频率模糊的阶比谱,实现对旋转机械变速运行工况下的滚动轴承故障诊断。仿真和测试试验结果验证了本方法的有效性。     

变分模态分解和改进的自适应共振技术在轴承故障特征提取中的应用

针对滚动轴承早期故障特征提取困难的问题,提出了基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)和改进的自适应共振技术的滚动轴承故障特征提取方法。针对轴承故障信号所在频带难以选择的问题,提出了基于改进的自适应共振技术(Improved Adaptive Resonance Technology,IART)的IMF选取方法。首先,确定模态数,提出了峭度最大值的模态数确定方法;然后,对原始振动信号进行VMD分解,获得既定数目的本征模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF);其次,利用IART选取包含丰富故障信息的IMF分量;最后,(如有需要)对选取的IMF分量进行基于IART的带通滤波,并进行包络解调分析提取故障特征频率。将该方法应用到轴承仿真数据和实际数据中,能够实现轴承故障特征的精确诊断,证明了该方法的有效性。     

一种滚动轴承特征频率的自动识别方法研究

为解决传统滚动轴承故障诊断及状态监测中依赖单一故障特征频率,以及诊断过程中人为主观因素造成诊断结果的不定性与效率低等问题,以包络谱与共振解调技术为例,提出一种自动识别滚动轴承故障特征频率及其倍频与调制频率的方法。该方法对信号进行包络谱或共振解调分析,在此基础上通过迭代算法依次找出转频与故障频率成分,并依据各成分在识别结果中的比例来进行故障诊断。人为仿真故障及滚动轴承加速寿命实验证明了文章方法的有效性。     

谱峭度方法在柔性薄壁轴承故障特征频率提取中的应用

柔性薄壁轴承是一种特殊的轴承,工作时其内、外圈都受力变形为椭圆,这导致正常柔性薄壁轴承的振动信号存在周期性冲击,这种冲击背景使柔性薄壁轴承的故障特征提取更为困难。谱峭度方法是利用峭度对信号中的瞬态成分敏感这一特性,根据峭度值最大原则来准确提取共振带,克服了传统共振解调技术存在带通滤波器参数需要人工预先确定的缺陷。对自适应谱峭度,基于滤波器组的快速谱峭度以及基于短时傅里叶变换的快速谱峭度进行了对比分析,利用它们提取柔性薄壁轴承内、外圈故障特征频率,对这三种方法的特征提取效果进行了比较,结果表明自适应谱峭度方法更适合于提取柔性薄壁轴承的故障特征频率。     

基于二维互补随机共振的轴承故障诊断方法研究

一维随机共振(One-Dimensional Stochastic Resonance,1DSR)被广泛用于轴承故障诊断中。针对传统1DSR对微弱信号的检测效果不够理想,输出信号噪声大,不能准确获得轴承故障特征频率(Fault Characteristic Frequency,FCF)等问题,提出一种新的二维互补随机共振(Two-Dimensional Complementary Stochastic Resonance,2DCSR)方法并应用于轴承故障诊断。将采集到的轴承故障信号根据共振带位置进行带通滤波并解调,随后将解调信号对半分成两个子信号并输入2DCSR的两个输入端,利用输出信号的加权功率谱峭度(WPSK)指标对2DCSR系统参数进行自适应调节优化,得到最优的滤波输出信号及频谱,以识别轴承FCF并诊断轴承故障类型。数值仿真及实验结果表明,提出的方法可以有效地增强轴承FCF并提高轴承故障诊断效果。     

基于EEMD和共振解调的滚动轴承自适应故障诊断

本文为解决滚动轴承原始振动信号信噪比低以及带通滤波器参数选择依赖于人的主观经验等影响传统共振解调技术有效应用的问题,提出了EEMD自适应消噪和自适应共振解调相结合的方法。论文首先利用EEMD自适应地将信号分解成多个分量,通过互相关系数方法进行自适应重构以突出故障特征信号,然后利用谱峭度自动确定带通滤波器的中心频率和带宽,最后对滤波后的信号进行能量算子解调谱分析。数字仿真信号和滚动轴承实验证明了该方法的有效性。     

基于谐波小波变换的共振解调法

在滚动轴承的振动故障诊断中，广泛使用解调方法分析诊断故障。利用软件方法实现共振解调时，必须首先构造窄带高频带通滤波器，提取高频共振信息，然后利用Hilbert变换进行解调分析。通过分析谐波小波变换的实现过程，发现信号经谐波小波变换的实质是将信号带通滤波后，进行Hilbert解调。另外，共振解调中要求带通滤波器是窄带高频带通滤波器，广义谐波小波突破了传统二进小波在低频分辨率高，而在高频分辨率低的限制，能够实现超窄带高分辨率检波，满足共振解调的要求。在此基础上，提出了基于谐波小波变换的共振解调算法，为软件实现共振解调提供了一种新的途径。     

基于谱峭度和Teager能量算子的轴承故障特征增强

共振解调法的难点在于带通滤波器的确定,谱峭度可根据信号特征寻找最优滤波器参数,很好地解决以上问题。然而谱峭度在对低信噪比数据进行处理时,滤波后的信号往往残留较大带内噪声,极大地影响了后续故障诊断的准确性。针对该问题,提出利用Teager能量算子追踪SK滤波信号的系统总能量,从信号能量的角度消除带内噪声,二次增强隐藏于噪声中的故障冲击特征,最后通过包络谱分析获得诊断结果。应用轴承故障仿真数据、实验室内圈和外圈故障数据验证了本方法的有效性。     

基于信息融合与FastICA的轴承故障提取方法

针对振动传感器监测信号易受噪声干扰的问题,提出一种基于FastICA算法与信息融合的轴承故障诊断方法。算法对各通道测得的信号采用FastICA算法进行降噪处理,采用自适应线性加权算法对降噪后信号进行数据层信息融合,最后基于谱峭度指标设计自适应带通滤波器,进行特征提取。此方法解决了低信噪比条件下的轴承故障特征提取问题。使用了仿真和实验轴承故障信号验证了算法的有效性。     

卷积型小波变换的实现及其在机械早期故障诊断的应用

为消除Mallat算法存在的频率折叠等固有缺陷对机械故障诊断的不利影响,本文提出采用卷积型小波变换进行机械故障诊断。基于此,本文首先推导了卷积型小波变换快速分解算法,并给出其基于滤波器组的递归分解实现方法。其次,针对滚动轴承早期故障诊断与定量识别的难题以及共振解调法与冲击脉冲法的不足,本文提出一种将卷积型小波变换与共振解调法、冲击脉冲法相结合的新方法来对滚动轴承早期故障进行诊断与定量识别,并给出了其具体实现过程。仿真实验与实例分析表明：卷积型小波变换确实消除Mallat算法的固有缺陷对机械故障诊断的不利影响,比内积型小波变换更适合于机械故障诊断,并且本文提出的新方法可以有效实现对滚动轴承早期故障的诊断与定量识别,具有一定的工程应用价值。     

基于包络解调随机共振和CEEMD的机械早期微弱故障诊断方法研究

针对噪声背景下机械振动信号早期故障特征提取难题,提出一种基于包络解调随机共振和互补总体经验模态分解的机械早期微弱故障提取及诊断新方法。首先对含噪声机械故障信号进行包络解调处理,然后对包络信号进行变尺度随机共振输出,使故障特征信号得到增强,最后对处理后的信号进行互补总体经验模态分解(CEEMD),得到机械振动信号故障特征分量,实现故障特征提取及诊断。对机械故障诊断实例表明,该方法不仅能增强信号幅值,同时减少了虚假分量,提高了CEEMD算法的精度,有效提取出被噪声淹没的微弱故障信号,提高了机械早期故障诊断效果。     

信号相关性和EEMD-Hilbert包络在滚动轴承故障诊断中的应用

针对传统信号包络的带通滤波器的中心频率和带宽的选择不确定性和经验模式分解(EMD)在非线性非平稳信号处理中存在的模态混叠问题,提出了一种以信号的相关性为判据,获取总体经验模式分解（EEMD）的最佳IMF分量,并对其进行Hilbert包络解调获取故障特征频率,实现滚动轴承早期故障的诊断的新方法。实验分析结果表明：该方法能够准确地识别和诊断出滚动轴承的早期故障类型,适合滚动轴承早期故障的精确诊断,具有一定实用价值。     

基于STFT的振动信号解调方法及其在轴承故障检测中的应用

从信号滤波角度,对基于STFT的振动信号解调方法的原理和影响其解调性能的各种因素进行了严格的理论分析,指出该解调方法实质是基于复解析带通滤波的Hilbert变换解调法.严格证明了在利用Hilbert变换进行包络解调分析时,只要带通滤波器通带范围包括调制信号的部分频率成分,就可解调出被调制信号的周期成分.为了避免对所有的解调信号序列进行包络谱分析,提出按峭度值最大化准则选择一组含有丰富故障信息的解调信号序列进行包络幅值谱分析.基于以上讨论,给出了实用的基于STFT的振动信号解调算法.为了验证提出的解调算法的有效性,用该算法对仿真和实际轴承故障信号进行了解调分析,分析结果表明,利用该算法能有效地检测轴承故障.