基于EEMD与SVM相结合的液压系统冲击振动智能诊断研究

工程机械液压系统发生冲击故障时,液压冲击引起的振动信号包含了大量的故障信息。该文针对液压冲击产生的振动信号,通过EEMD方法计算有效IMF分量的能量分布作为振动信号的特征向量,研究了基于SVM分类预测的典型冲击振动信号的高维大样本的分类识别,比较了不同SVM分类器的分类识别效果。结果表明:基于EEMD和SVM相结合的方法可有效进行高维大样本条件下液压系统冲击振动信号分类识别,能实现液压系统冲击振动信号的智能诊断。     

液压系统故障特征提取方法研究

针对液压系统故障特征不清楚、诊断特别困难的难题,提出利用EEMD分解与相关性分析相结合的液压系统故障特征提取方法。首先用EEMD分解液压故障信号得到一组IMF分量,从中筛选出与故障信号自身相关系数大的IMF分量作为一组故障的候选IMF分量集;再在故障信号的IMF分量中筛选出与正常信号相关系数小的IMF分量,作为另一组故障的候选IMF分量集;两组候选IMF分量集的交集确定原故障信号的主要故障特征IMF分量,作自功率谱分析即可得到所提取IMF分量包含主要故障特征频率,并通过所提取IMF分量与正常信号的互功率谱验证特征提取的正确性。用该方法准确提取出液压实验台泄漏故障特征IMF分量以及故障特征频率。     

基于IMF相关比例划分的液压复合故障特征提取方法研究

为解决液压系统中不同的单故障信号具有一定数量的共有特征频率导致复合故障特征难以分离和提取的问题,提出了基于EEMD分解的IMF相关比例划分的液压复合故障特征提取方法。通过EEMD分解将复合故障信号分解成若干IMF分量,同样将已预先实测获得的两个单故障信号也分解成IMF分量组,将复合故障信号的每组IMF分量分别与两个单故障信号相对应的IMF分量一一作互相关分析,然后按相关系数比例将复合故障信号划分成两组信号,实现复合故障特征的分离并进行提取,最后分别与实测的两个单故障信号比较确定复合故障的组成。实验结果表明,该方法能够有效地从液压复合故障中分离并提取出故障特征频率。     

基于自适应EEMD及改进滑动峰态解调的滚动轴承故障提取方法

针对滚动轴承早期故障特征十分微弱且易被强背景噪声湮没的问题,引入零时滞四阶累积量(即峰态因数)用于描述信号中弱冲击成分偏离Gauss分布的程度,从而提出一种基于自适应EEMD和改进滑动峰态解调的滚动轴承故障提取方法。首先,对振动信号进行EEMD降噪处理;然后,基于相关峭度、信息熵和能量加权构造了自适应优选准则,选取IMF分量并进行信号重构;最后,对重构信号进行带通滤波处理,采用滑动峰态算法计算峰态时间序列,根据频谱分析结果诊断轴承故障。该方法弥补了传统方法选取IMF分量的不足,同时解决了弱冲击信号的包络问题,可提取轴承故障振动信号中的微弱冲击成分。     

基于改进小波包和EEMD的轴承故障诊断

针对轴承振动信号非平稳性及工作情况下难以获得故障频率,提出一种基于改进小波包和总体经验模态分解(EEMD)的轴承故障诊断方法。首先运用改进小波包对振动信号进行分解,得到按顺序排列的子带频带。然后提取故障频率范围的子带信号并进行EEMD,以互相关系数和峭度准则提取故障分量,避免了固有模态函数(IMF)分量选择的盲目性。仿真和试验分析结果表明,该方法能有效且准确地检测出轴承故障。     

基于EEMD分解和改进小波阈值降噪的齿轮故障诊断

针对齿轮箱振动信号易受噪声影响以及齿轮箱振动信号比较复杂的特点,提出基于EEMD分解和改进小波阈值降噪的齿轮故障诊断方法。首先对经过EEMD分解的IMF分量中的高频分量进行改进小波阈值降噪处理,重构信号后得到降噪信号。实验结果表明应用该方法可以较为准确地识别齿轮故障。     

轴承故障检测的EEMD-RA-KU方法研究

利用滚动轴承故障信号呈现出的冲击特征,提出一种捕捉冲击特征的EEMD-RA-KU轴承故障诊断新方法。将故障信号进行EEMD(ensemble empirical mode decomposition)分解得到的IMF(intrinsic mode function)分量,利用相关分析RA(relative analysis)、峭度KU(kurtosis)联合选择IMF,并利用谱峭度确定滤波器参数对选出的IMF重构信号进行滤波,对滤波后的信号进行包络分析,利用包络谱检测轴承故障。结果表明,该方法能在强噪声背景下提取出轴承的故障特征。     

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。     

改进小波去噪Teager算子的齿轮微弱故障提取方法

针对齿轮箱在强噪声背景下齿轮微弱故障振动信号的特征不易被提取的问题,提出将改进小波去噪和Teager能量算子相结合的微弱故障特征提取方法。采用改进小波阈值函数对振动信号进行去噪处理,与形态学滤波和传统小波阈值函数相比能够有效地提高信号的信噪比。对去噪后的信号进行集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)得到若干本征模式函数(intrinsic mode function,简称IMF),计算各IMF分量与原信号的相关系数并结合各IMF分量的频谱剔除虚假分量。对有效的IMF分量计算其Teager能量算子,并重构得到Teager能量谱,对重构信号进行时频分析并将其结果与原信号的希尔伯特黄变换(HilbertHuang transform,简称HHT)得到的边际谱进行对比。实验研究结果表明,本研究方法相比HHT能够对齿轮微弱故障特征进行更为有效地提取,验证了本研究方法在齿轮箱微弱故障诊断中的可行性。     

基于多元经验模态分解的旋转机械早期故障诊断方法*

针对旋转机械早期微弱故障诊断问题,提出了基于多元经验模态分解的旋转机械早期故障诊断新方法。首先将多个加速度传感器合理布置在轴承座的关键位置,同步采集多通道振动信息;再利用多元经验模态分解同时对多通道振动信号进行自适应分解,得到一系列多元IMF分量;最后,依据峭度准则和相关系数从中选取包含故障主要信息的IMF分量进行信号重构,提取故障特征。多元经验模态分解方法克服了EMD等方法在进行多通道数据融合时缺乏理论依据的局限性。仿真信号和旋转机械故障信号的实验结果表明,该方法明显优于EEMD方法,对齿轮和滚动轴承故障的检测精度更高,可以在强背景噪声情况下更好地提取出故障冲击特征。     

基于EEMD奇异值熵的滚动轴承故障诊断方法

为充分利用振动信号进行故障辨识,提出一种基于集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)奇异值熵判据的滚动轴承故障诊断方法。首先,对滚动轴承的振动信号进行EEMD分解获得若干个本征模态函数(intrinsic mode function,简称IMF),并根据一种IMF分量故障信息含量的评价指标(即峭度、均方差和欧氏距离)选出能够表征原始信号状态的分量进行信号重构;其次,利用奇异值分解技术对重构信号进行处理,结合信息熵算法求取其奇异值熵;最后,利用奇异值熵的大小判断滚动轴承的故障类别。用美国西储大学滚动轴承振动信号对所述方法进行验证的结果表明,相比传统的EMD奇异值熵故障诊断方法,本方法能够清晰的划分出滚动轴承不同工作状态的类别特征区间,而且具有更高的故障诊断精度。     

基于EEMD_BP网络的滚珠丝杠副故障模式识别

针对在机械故障诊断领域,对信号的时频域处理分析提取特征值往往不能准确判断机械故障状态的问题。在对数控机床滚珠丝杠副振动信号研究中,提出了利用集合经验模态(EEMD)方法分析受到噪声干扰的3种不同状态的滚珠丝杠副振动信号。利用BP神经网络理论,以振动信号的时频域特征值及EEMD分解得到内禀模态函数(IFM)特征值作为输入,建立BP神经网络模型,并通过实验验证诊断网络模型的可靠性。     

Application of EEMD and improved frequency band entropy in bearing fault feature extraction

Ensemble empirical mode decomposition (EEMD) is widely used in condition monitoring of modern machine for its unique advantages. However, when the signal-to-noise ratio is low, the de-noising function of it is often not ideal. Thus, a new fault feature extraction method for rolling bearing combining EEMD and improved frequency band entropy (IFBE) is proposed, i.e., EEMD–IFBE. According to the problem of multiple intrinsic mode functions (IMFs) generated by EEMD, how to select the sensitive IMF(s) that can better reflect fault characteristics, a novel method based on FBE for sensitive IMF is proposed. In addition, since the bandwidth parameter is set empirically when the band-pass filter is designed based on the original FBE, a novel bandwidth parameter optimization method based on the principle of maximum envelope kurtosis is proposed. First, the original vibration signal is subjected to EEMD to obtain a series of IMFs; Then, the FBE values are obtained for the original signal and each IMF component, and the bandwidth of the band-pass filter (empirically) is designed as the characteristic frequency band at the minimum entropy value, and the affiliation between the characteristic frequency band of each IMF and the characteristic frequency band of the original signal is compared, and then selecting the sensitive IMF(s) that reflects the characteristics of the fault; Third, due to the influence of background noise, it is difficult to accurately obtain the fault frequency from the selected IMF(s). Therefore, the band-pass filter designed based on FBE is used, and the bandwidth parameter is optimized based on the principle of envelope kurtosis maximum, and then the selected sensitive IMF is band-pass filtered. Finally, the envelope power spectrum analysis is performed on the filtered signal to extract the fault characteristic frequency, and then the fault diagnosis of the bearing is realized. The method is successfully applied to simulated data and actual data of rolling bearing, which can accurately diagnose fault characteristics of bearing and prove the effectiveness and advantages of the method.     

EEMD与HMM在齿轮故障诊断方法中的研究

为了解决EMD方法存在的模态混叠的问题,更加精确有效的利用振动信号进行齿轮的故障识别和诊断,提出一种将总体平均经验模态分解(EEMD)和隐马尔科夫模型(HMM)结合的齿轮故障诊断方法.首先对采集到的原始齿轮振动信号进行EEMD处理,获得包含主要故障信息的各阶固有模态函数(IMF)分量,以能量为元素,提取并构造特征向量,...     

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。     

IMF分量的倒频谱分析在滚动轴承故障诊断中的应用

轴承局部损伤故障引起的振动响应往往会被较大的振动信号所掩盖,影响故障的正确诊断。本文提出IMF分量的倒频谱分析方法,首先将复杂的信号分解为有限的内禀模态函数（IMF）之和,对原始振动信号进行降维;再对IMF分量进行倒频谱分析,利用倒频谱方法准确地提取振动信号幅值谱上的周期特征。对EMD分解得到的多个IMF分量同时做倒频谱分析,可以相互验证,从而得到更可靠、更准确、更可信的诊断结果。通过对IMF分量的倒频谱分析法和Hilbert包络谱分析法诊断效果进行比较,结果表明,IMF分量的倒频谱分析方法比Hilbert包络谱分析提取的故障频率特征更精准、可靠。     

基于CEEMDAN SVM的液压泵故障诊断方法研究

由于液压泵故障振动信号微弱和不平稳的特性,造成特征向量提取和故障诊断困难。针对这些问题,提出一种CEEMDAN与支持向量机结合的故障诊断方法。将传感器测得的液压泵故障振动信号进行CEEMDAN分解,得到多个固有模态函数（IMF）,并计算其样本熵作为支持向量机的输入特征向量,以诊断液压泵的故障类型。液压泵故障诊断实验结果证明了该方法的有效性和优越性。     

Rolling bearing composite fault diagnosis method based on EEMD fusion feature

Aiming at the problem that the composite fault vibration signal of rolling bearing is complex and it is difficult to effectively extract the impact characteristics of the composite fault, a composite fault diagnosis method of rolling bearing based on multi-scale fuzzy entropy feature fusion is proposed. Compared with traditional fault feature extraction methods that can only extract single fault feature information, this method can increase the discrimination of composite fault features, effectively separate multiple composite fault features, and more comprehensively characterize composite fault feature information. First, the signal is processed by EEMD, getting a series of IMF components. Secondly, the energy and kurtosis index of the IMF component are calculated, the appropriate IMF component is selected through the correlation coefficient to obtain a new time series, the multi-scale fuzzy entropy is calculated, and feature fusion performed. Finally, the least square support vector machine is used to diagnose the fault of the fusion feature. The method is verified by a mechanical failure simulation test bench. The experimental results show that this method can quantitatively characterize the data information of fault signal, improve the anti-interference ability, have good feature extraction ability of composite fault of rolling bearings, and can effectively identify the type of composite fault. Compared with the method using multi-scale fuzzy entropy, energy and kurtosis index alone, the accuracy of fault diagnosis increases by 8.12 % and 11.65 %, respectively.