EMD与cICA方法在多级齿轮传动微弱故障特征提取中的应用

为提取多级齿轮传动单通道测量信号中隐含的微弱低频故障特征信息,提出了一种基于经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)与约束独立分量分析(Constrained independent component analysis,cICA)相结合的故障特征提取方法。首先对实测的齿轮箱单通道测量信号进行EMD分解;然后计算各个本征模态函数(Intrinsic mode function,IMF)的峭度及其与原信号的互相关系数,并选择合适的IMFs分量与原信号组成新的虚拟观测向量;最后,通过构建合适的参考信号进行cICA分析,提取出了理想的微弱低频故障特征。通过多级齿轮传动中的低速级断齿故障特征提取试验分析,验证了该方法的有效性和适用性。     

小波基最优化在齿轮箱振动信号中的应用分析

为了提高齿轮箱低频振动信号准确表征其运行状态和高频振动信号表征故障特征的效果,通过对小波原理及小波基优化理论进行分析,选取适用于处理齿轮箱振动信号的小波基进行小波变换,将均方根误差及信噪比作为除噪性能的评价标准,获取最优小波基。基于小波变换对振动信号多层分解的特性,将最优小波基运用其中,分别重构出近似齿轮箱运动状态的低频信号,以及能够表征故障细节特征的高频信号。实验结果表明:最优小波基的应用有利于提高齿轮箱低频信号表征其运行状态频率的准确率和高频信号细节特征提取的效果,为工程实际中齿轮箱的故障诊断提供了理论基础。     

基于小波变换的齿轮箱振动信号降噪处理

应用了小波变换理论和小波降噪的原理,对齿轮箱的振动信号进行了小波降噪处理,有效的从含有噪声的齿轮箱振动信号中提取出该信号更加准确和真实的故障特征,从而为提高齿轮箱故障诊断的准确性以及检测齿轮箱的早期微弱故障信号提供了重要的参考价值。通过对仿真信号的降噪处理,然后进行FFT变换,并且和没经过信号降噪处理就进行FFT变换的对比,显示了小波降噪的优越性。最后通过对齿轮箱的实际振动信号的降噪处理,进一步表明了小波降噪在消除噪声干扰方面有效性。     

基于MODWPT和MCKD的滚动轴承早期故障诊断

针对齿轮啮合强振动干扰下滚动轴承微弱故障特征提取难的问题，提出一种最大重叠离散小波包变换(MODWPT)和最大相关峭度解卷积(MCKD)相结合的滚动轴承早期故障诊断方法。首先采用MODWPT方法将复杂的轴承故障振动信号分解为若干分量，然后依据峭度准则，选取峭度较大的分量进行MCKD滤波，最后对滤波后所得信号做Hilbert包络分析，将包络谱呈现的频率特征与理论故障特征频率相比较，识别故障特征，实现故障诊断。通过轴承故障的仿真及实验研究，并对比单一MCKD方法和EMD-MED方法的提取效果，说明该方法可以在一定程度上抑制齿轮啮合强振动及噪声的干扰，增强并有效提取出滚动轴承早期低频微弱故障特征。     

基于形态梯度解调算子的齿轮故障特征提取

针对包络解调和形态闭算子易受强噪声和低频谐波分量干扰的缺点,提出了采用形态梯度解调算子提取脉冲信号的方法。对受到低频干扰的仿真脉冲调制信号和实测齿轮断齿故障信号的分析结果表明,形态梯度解调算子既抑制了噪声又充分突出了故障信号的冲击特征,具有更强的噪声抑制和脉冲提取能力,完全不受低频分量的干扰,且计算简单、快速,为齿轮故障特征提取提供了一种有效的方法。     

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。     

基于小波相关—包络排列熵的齿轮故障特征提取

振动信号是齿轮箱故障特征信息的有效载体,对振动信号的分析可实现不停机操作下的齿轮箱故障诊断。但振动信号易受噪声干扰,特别在复杂设备中,众多运动部件同时产生振动激励,使得实际获取信号的信噪比较低。针对传统方法存在的问题,将小波相关降噪和包络谱分析技术相结合,并利用排列熵对微弱信号变化敏感的特点,提出了基于小波相关—包络排列熵的齿轮故障特征提取方法,实现了齿轮箱不同状态下故障特征的提取。通过仿真信号和诊断实例分析结果表明,该方法比传统的信号分析方法更有效地凸显齿轮的故障特征。     

基于MEWT‑ASCS的行星齿轮箱微弱故障特征提取

针对强噪声背景下行星齿轮箱早期微弱故障难以提取以及经验小波变换对信号频率区间边界划分不恰当以及不能有效确定模态数目的问题,提出了一种基于改进经验小波变换（modified empirical wavelet transform, 简称MEWT）和自适应稀疏编码收缩（adaptive sparse coding shrinkage,简称ASCS）的早期微弱故障特征提取方法。根据信号频谱的尺度空间表示,将原始故障信号自适应地分解为一系列的窄频带本征模态分量。利用包络谱峭度（envelope spectrum kurtosis, 简称ESK）值选择敏感分量,为了进一步凸显分量中的故障信息,使用ASCS算法对敏感分量进行稀疏降噪处理,从其包络谱中即可提取到清晰的故障特征频率成分。数值仿真和实际数据分析结果表明,本研究方法能够自适应地实现故障信号的模态分解并增强微弱的故障冲击特征。此外,与经验小波变换（empirical wavelet transform, 简称EWT）,EWT?ASCS和ASCS进行对比,本研究方法可有效提取包含故障信息丰富的分量,经ASCS处理后信号故障特征得到凸显,实现了行星齿轮箱早期微弱故障的准确识别。     

基于改进EMD-BSS算法的地铁齿轮箱单通道轴承微弱故障特征提取

地铁齿轮箱振动情况复杂,微弱故障特征常被噪声湮没而难以提取。本文提出一种改进的EMDBSS算法,通过计算IMF分量的相关系数矩阵,优化单通道EMD-BSS方法中的IMF信号重组过程,并对重组后的信号进行微弱故障特征提取。将该算法应用于仿真信号及实测地铁齿轮箱轴承故障振动信号中,成功提取出微弱故障特征,验证了算法的有效性。该算法的提出对于单通道微弱故障特征提取具有积极意义。     

自适应改进双树复小波变换的齿轮箱故障诊断

针对双树复小波变换存在频率混叠以及参数需自定义的缺陷,提出自适应改进双树复小波变换的齿轮箱故障诊断方法。首先,利用双树复小波变换将信号进行分解和单支重构,采用粒子群算法将分解后分量峭度值作为适应度函数,选择双树复小波的最优分解层数;其次,对重构出的低频信号进行频谱分析提取故障特征,将单支重构后的各高频分量进行变分模态分解,通过峭度值获得各高频分量经变分模态分解后的主频率分量信号;最后,分析各主频率分量信号的频谱,识别齿轮箱的故障特征。结果表明,该方法与双树复小波变换和变分模态分解相比,不仅消除了频率混叠现象,提高了信噪比和频带选择的正确性,而且还提高了从强噪声环境中提取瞬态冲击特征的能力。     

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.     

提升小波在齿轮箱故障诊断中的应用

利用小波变换进行信号特征提取时,特征提取效果依赖于小波基的选择。为了避免这一限制,引入一种基于提升小波的根据故障特征波形特点实现小波构造的方法。对齿轮箱振动信号的分析和故障特征信息提取结果表明,利用提升小波能比一般小波更好地与齿轮箱故障特征信号相匹配,提取出更有效的故障特征,为后续的故障诊断和分析提供了良好的条件。     

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.     

基于经验小波变换的轴承故障诊断研究

针对经验模态分解(EMD)易产生模态混叠、受噪声影响大的难题,提出了一种基于经验小波变换(EWT)的轴承故障诊断方法。EWT综合利用了经验模态分解和小波变换的优点,通过构建自适应的小波滤波器组,提取信号中包含的不同固有模态分量,能有效消除模态混叠现象,提高信噪比。首先利用EWT将振动信号分解成不同特征时间尺度的单分量固有模态函数,然后计算各固有模态函数的包络谱和时频谱。通过仿真信号和齿轮箱轴承故障振动信号的研究表明:EWT能有效提取强背景噪声中的微弱信号,提取轴承故障特征,其性能优于EMD和总体平均经验模态分解(EEMD)。     

基于IWT-CEEMD-cICA的滚动轴承故障诊断方法

为在强噪声下准确利用振动信号进行轴承微弱故障的诊断,提出了一种基于改进小波阈值、互补集合经验模态分解和约束独立分量分析的故障诊断方法。首先,对单通道振动信号进行改进小波阈值降噪预处理,提高输入信号的信噪比;然后,进行CEEMD处理以实现降噪及单通道扩展,基于峭度值和相关系数选取有效固有模态函数并将其作为盲源分离的输入信号;最后,通过cICA方法提取目标振动信号,识别故障特征。     

基于平移不变多小波变换的齿轮故障诊断

机械设备发生故障时,反映设备故障特征的振动信号常淹没在背景噪声中,直接做频谱分析,很难提取其故障特征。将平移不变多小波降噪方法应用到仿真加噪冲击信号,提取出隐藏在噪声中的冲击特征。然后将该方法应用于齿轮箱试验台信号分析中,试验结果表明,平移不变多小波降噪方法能够有效地提取出齿轮箱断齿故障的冲击特征频率,诊断出齿轮箱的断齿故障,为故障诊断提供了准确的依据。仿真与试验分析验证了平移不变多小波降噪方法在故障诊断中的有效性。     

基于小波包变换的齿轮箱降噪方法研究

应用小波包变换理论和小波包降噪原理,对轧机齿轮箱的振动信号进行小波包降噪,有效地从含噪信号中提取出故障特征。通过对计算机仿真信号的降噪效果比较和实例分析,显示了小波包降噪的优越性。最后对齿轮箱降噪前后小波包各频带能量向量的比较,进一步表明了小波包降噪在消除高频干扰,凸显故障特征方面的有效性。     

基于改进双树复小波变换的轴承多故障诊断

针对双树复小波变换产生频率混叠的缺陷,提出了改进双树复小波变换的轴承多故障诊断方法,该方法综合利用了双树复小波包变换和经验模态分解技术。首先,利用双树复小波变换将振动信号分解成不同频带的分量;然后,将各小波分量进行经验模态分解,获得各小波分量的主频率分量信号;最后,计算各小波分量的主频率分量信号的包络谱,根据包络谱识别齿轮箱轴承的故障部位和类型。通过仿真信号和齿轮箱轴承多故障振动实验信号的研究结果表明,该方法不仅消除了频率混叠现象,提高了信噪比和频带选择的正确性,而且提高了从强噪声环境中提取瞬态冲击特征的能力,能有效识别轴承的故障类型。     

改进双树复小波包变换及在故障诊断中的应用

针对双树复小波包分解存在频带错位和频带重叠的缺陷,提出了一种改进的双树复小波包分解算法。该算法通过交换高频子带节点小波包分解后的两节点频带顺序来消除频带错位缺陷,引入切比雪夫滤波器滤去除低频、高频子带理想通带范围之外的频率成分,以消除频带重叠缺陷。将改进双树复小波包谱峭度方法应用于齿轮箱故障诊断,首先将振动信号分解成不同频带的分量,然后利用谱峭度理论自动确定最优带通滤波器参数,获取最佳频带,再采用Hilbert包络解调,准确识别出故障齿轮的转动频率。实验结果表明,该方法能更有效地提取强噪声干扰下的齿轮箱微弱故障特征,验证了该方法的可行性和有效性。     

双树复小波和MED在齿轮箱早期故障诊断中的应用

针对齿轮箱轴承早期故障特征信号微弱且受环境噪声影响严重,故障特征信息难以识别的问题,提出了双树复小波变换(dual-tree complex wavelet transform,DT-CWT)和最小熵反褶积(minimum entropy deconvolution,MED)的故障诊断方法。首先对采集到的振动信号进行双树复小波分解,得到几个不同频段的分量,由于噪声的干扰,从各个分量的频谱中很难对故障做出正确的判断。然后对包含故障特征的分量进行最小熵反褶积滤波处理以消除噪声影响,凸显故障特征信息。最后对滤波后的信号进行Hilbert包络谱分析,即可从中准确地识别出轴承的故障特征频率。通过齿轮箱轴承故障模拟实验和工程应用实例分析验证了该方法的有效性与优越性。