小波包去噪与改进HHT的微弱信号特征提取

为提取机械设备早期故障微弱信号特征频率,在对信号进行小波包降噪后,利用改进Hilbert-Huang变换(Hilbert-Huang transform,简称HHT)进行特征提取,通过经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)得到若干个固有模态函数(intrinsic mode function,简称IMF)后,利用IMF与EMD分解前信号的相关系数作为判断标准,剔除分解中产生的多余低频IMF,选取有效IMF集进行边际谱分析。改进HHT不仅可消除多余IMF的影响,还可节省Matlab计算内存,提高运算速度。     

ABC-VMD和包络谱分析在齿轮故障诊断中的应用

针对齿轮箱故障的非线性、非稳定性特点,提出了一种参数优化变分模态分解(Variational mode decomposition,简称VMD)提取特征频率的方法。首先,利用人工蜂群算法(Artificial bee colony algorithm,简称ABC)对VMD分解的层数和惩罚因子进行自适应选择;其次,根据互信息法在VMD分解后得到的有限个本征模态函数(Intrinsic mode function,简称IMF)中选择最佳模态函数;最后,对该模态函数进行包络谱分析,有效提取齿轮故障特征频率。仿真与实验结果表明,与经验模态分解(Empirical mode decomposition,简称EMD)以及基于粒子群优化算法(Particle swarm optimization,简称PSO)的变分模态分解方法相比较,ABC-VMD方法自适应性强,可以有效克服模态混叠、信号丢失及过度分解问题,能够准确诊断齿轮箱故障,同时避免PSO-VMD易陷入局部最优的缺点。     

小波包去器械与改进HHT的微弱信号特征提取

为提取机械设备早期故障微弱信号特征频率,在对信号进行小波包降噪后,利用改进Hilb ert Huang变换(Hilbert Huang transform,简称HHT)进行特征提取,通过经验模态分解(em pirical mode decomposition,简称EMD)得到若干个固有模态函数(intrinsic mode functio n,简称IMF)后,利用IMF与EMD分解前信号的 相关系数作为判断标准,剔除分解中产生的多余低频IMF,选取有效IMF集进行边际谱分析。 改进HHT不仅可消除多余IMF的影响,还可节省Matlab计算内存,提高运算速度。     

基于AVMD和二阶FWEO的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承振动信号中常包含有谐波、高斯白噪声和非周期性瞬态冲击成分,导致故障特征提取困难的问题,提出一种基于自适应的变分模态分解（adaptive variational mode decomposition,简称AVMD）和二阶频率加权能量算子（second-order frequency weighted energy operator,简称SFWEO）的滚动轴承故障诊断方法。首先,根据不同的信号自适应地确定模式数和惩罚因子,利用参数优化的变分模态分解（variational mode decomposition,简称VMD）对原始信号进行分解,得到多个本征模式函数（instrinsic mode function,简称IMF）;其次,计算每个IMF的时频加权峭度,根据时频加权峭度最大化准则选择最佳IMF;最后,采用二阶频率加权能量算子对最佳IMF进行解调。仿真和试验结果表明,所提方法克服了传统VMD算法分解精度受参数影响较大导致信号出现过分解或欠分解的问题,同时二阶频率加权能量算子对信号中的干扰成分具有很好的抑制作用,有效提高了诊断正确率。     

基于DS⁃VMD及相关峭度的滚动轴承故障诊断

为了自适应确定变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)的有关参数,减少轴承振动信号处理过程中对先验知识的依赖,提出了一种基于微分搜索(differential search,简称DS)的VMD参数自适应寻优算法,结合相关峭度指标实现轴承故障特征自适应提取。首先,采用DS算法对VMD的相关参数进行自适应寻优,并对信号进行VMD;其次,计算各本征模态函数(intrinsic mode functions,简称IMF)的相关峭度值,并利用该指标对各分量进行加权重构;然后,对重构信号进行包络谱分析以提取轴承故障特征;最后,将所提出方法与通过经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)方法及人为确定参数的传统VMD进行对比。仿真信号和实验数据分析表明:DS算法可有效确定VMD相关参数组合,且所提出方法可以更加准确、有效地识别出滚动轴承故障特征频率;与快速峭度图方法对比,所提出方法依然可以获得更好的结果。     

基于k值优化VMD的滚动轴承故障诊断方法

针对旋转机械中滚动轴承早期信噪比较低的故障特征提取困难问题,提出了一种基于能量的变分模式分解(variational mode decomposition,简称VMD)模态数k优化选取方法,用以提取滚动轴承早期故障特征,同时避免了信号分解过分或不足。首先,对振动信号进行VMD预分解,分别在不同k值条件下计算分量信号能量与原始信号总能量;其次,根据基于能量的模态数k选取准则,确定最佳模态数值对信号进行VMD分解;最后,通过峭度准则选择分量进行信号重构,对其进行包络分析,提取故障特征频率。将该方法运用到实际故障信号中,有效提取出滚动轴承内圈微弱故障特征,实现了早期故障特征判别,具有一定的应用价值和实际意义。     

CEEMD-VMD与参数优化SVM结合的托辊轴承故障诊断

针对托辊轴承工作环境复杂、提取故障特征困难等问题,提出一种基于互补集合经验模态分解(Complementary ensemble empirical mode decomposition, CEEMD)和变分模态分解(Variational modal decomposition, VMD)相结合的降噪方法。首先,利用CEEMD将采集到的信号进行分解,依据相关系数和峭度筛选分量并进行重构,生成新的信号;然后,利用VMD将新的信号进行再分解,并基于包络熵和包络谱峭度组合的复合指标优选本征模态分量(Intrinsic mode functions, IMF);最后,提取相应的特征输入樽海鞘群优化支持向量机(Salp swarm optimization support vector machine, SSO-SVM)模型完成故障诊断。实验结果表明:对于正常轴承、轴承内圈故障、轴承外圈故障三种情况,诊断准确率达97.78%。与单一降噪方法相比,该方法可以有效提高故障信号的信噪比,降噪效果明显。     

变分模态分解和相关系数联合算法在管道泄漏检测中的应用

针对变分模态分解(Variational Mode Decomposition)算法存在难以选取预设尺度K和分解后的有效IMF分量的问题,提出了一种VMD和相关系数联合准则的方法,并将其用于检测管道泄漏信号。首先,通过VMD算法将原始信号分解成具有不同特征时间尺度的固有模态函数(Intrinsic Mode Function),然后利用相关系数法选取预设尺度K和包含故障信息最丰富的IMF分量,最后,对选取的有效IMF分量进行信号重构。试验结果表明,通过VMD和相关系数联合算法可以准确选取出预设尺度K并能得到有效的IMF分量,从而提高了管道泄漏检测的精度。     

基于变模式分解的爆震特征识别方法

基于经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)算法因递归分解模式所造成的固有缺陷,将使用变分原理进行分解的变模式分解(variational mode decomposition,简称VMD)算法引入到爆震识别领域,发现VMD算法对比EMD算法有较高的计算效率与准确性,而且表现出了较好的鲁棒性,更加适合于在混有强烈背景噪声的缸盖振动信号中提取爆震特征。在此基础上,针对VMD算法分解层数需要手动选择的缺点,利用各阶分量的中心频率之差,提出了一种可以自适应选择VMD分解层数的方法。这种方法的思路为利用VMD算法对信号从一个较小的层数开始进行分解,逐个增加分解层数,直至各阶分量中心频率差值满足预先设定的阈值为止,即可得到最佳分解结果。经实验数据验证与对比,结果显示了这种方法的优越性。     

基于VMD和互谱分析的供水管道泄漏定位方法

针对低信噪比(SNR)下的供水管道泄漏振动信号用于时延估计泄漏定位误差大的问题,提出基于变分模态分解(VMD)和互谱分析结合的供水管道泄漏定位方法。首先,利用VMD将管道泄漏信号分解为若干个本征模态函数(IMF),对供水管道泄漏信号进行互谱分析确定特征频带;然后,利用IMF分量在特征频带内的能量比例作为选取准则来确定有效IMF分量,并对选取的有效IMF分量进行重构;最后,对重构信号进行时延估计来确定泄漏点位置。为了验证所提泄漏定位算法的有效性,通过仿真和实验分别对互谱与VMD结合、互相关及VMD与相关系数结合3种方法进行研究。实验结果表明,以上3种定位算法的平均相对定位误差分别为2. 53%,8. 62%和16. 86%。     

应用EMD能量值的导轨摩擦特征提取方法

针对机床类设备加速度传感器安装不便的实际情况,以机床电机负荷电流为分析对象,提出了应用经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)能量值的摩擦特征提取方法,间接分析摩擦振动和摩擦磨损状态特性。设计对比实验获取4组传动链电流信号,利用EMD分解电流信号获得系列IMF,计算各阶IMF分量单位时间内能量值,提取摩擦振动对应的边频带和摩擦特征值E(IMF3)。实验表明,通过摩擦特征值E(IMF3)变化曲线可以观察出导轨磨损状态经历的4个时期,实现在线监测导轨磨损状态的目的。     

噪声环境下滚动轴承故障特征提取

滚动轴承故障振动信号采集中往往含有大量的噪声信号。为了从含噪信号中提取故障特征,首先对采集的信号进行小波降噪,然后利用经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)得到若干个内禀模态函数(intrinsic mode function,IMF),并考虑分解的各模态函数的能量特征,将分解后的IMF分量与分解前信号的能量比作为判断标准,剔除附加低频成分,最后选取有效的IMF集进行包络谱分析,提取故障特征。通过仿真分析和以真实滚动轴承为研究对象的故障诊断实验,表明该方法有效地去除了混杂在故障信号中的噪声,有效地提取旋转机械中的故障特征信息。     

基于VMD-HHT边际谱的水工结构损伤诊断

为了准确识别水工结构的损伤,提出一种变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)和Hilbert-Huang变换(Hilbert-Huang transform,简称HHT)边际谱相结合的水工结构损伤诊断方法。首先,采用联合的小波阈值和经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)降噪方法对原始信号进行降噪,减小环境噪声对结构损伤特征信息的干扰;其次,运用方差贡献率数据融合算法对降噪后各测点信号进行动态融合,提取结构完整的振动特性信息;然后,采用VMD方法将动态融合信号分解为一系列固态模量(intrinsic mode function,简称IMF),对各IMF分量进行Hilbert变换,求出融合信号的边际谱;最后,在VMD边际谱的基础上提取一种新的损伤特征向量-损伤灵敏指数,将其与马氏距离相结合对水工结构的损伤类型进行分类,并将该方法应用于悬臂梁模型试验。结果表明:该方法能够有效提取水工结构的损伤特性,准确识别水工结构的损伤和运行状态,为水工结构的安全运行提供了基础。     

基于VMD与Hilbert谱的旋转机械碰摩故障诊断方法

为了有效地诊断旋转机械中的碰摩故障,提出了基于变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)与Hilbert谱分析的故障诊断方法。首先,利用VMD将碰摩故障信号自适应地分解为若干个不同频率段的本征模态函数(intrinsic mode function,简称IMF),并与集合经验模态分解(ensemble empirical mode dcomposition,简称EEMD)的处理结果进行对比分析;然后,在VMD分解的基础上,利用Hilbert谱对故障信号的时频特性进行分析。实验结果表明:与传统的频谱分析相比,该方法不但可以准确反映故障信号的频率成分,而且可以反映频率随时间的变化情况;与EEMD相比,该方法可以有效抑制模态混叠,更加准确地反映故障信息,从而验证了该方法的可行性与有效性。     

滚动轴承的VMD-LSSVM故障识别方法

滚动轴承是工程设备中的关键部件,对滚动轴承进行故障识别方法研究有重要的意义。为了解决滚动轴承振动信号分析能力薄弱的问题,提出了一种基于变分模态分解（Variational mode decomposition,VMD）与最小二乘支持向量机（Least square support vector machine,LSSVM）的滚动轴承故障识别方法。以凯斯西储大学滚动轴承实验数据为研究对象,获取4类故障7种滚动轴承状态实验振动数据。进行VMD分解,得出最佳分解本征模态函数（Intrinsic mode function,IMF）个数4,然后计算4个IMF样本熵（Sample entropy,SE）得到相应特征量,输入LSSVM模型进行状态识别。实验表明,基于VMD-LSSVM的方法比EMD(Empirical mode decomposition)-HMM(Hidden Markov model)和EMD-LSSVM方法有更高的识别率。     

VMD⁃SVD在机械故障信号欠定源数目估计中的应用

针对在观测信号数目小于机械故障振动信号源数目的欠定情况下,源信号的个数难以估计的问题,提出一种变分模态分解(Variational mode decomposition,VMD)和奇异值分解(Singular value decomposition,SVD)相结合的盲源数目估计方法.首先利用VMD对振动信号进行分解,得到若干本征模态函数分量(Intrinsic mode function,IMF),然后对IMF进行重新组合得到多维观测信号的协方差矩阵,最后依据奇异值分解的结果来对信号源数目进行最终确定.仿真信号分析验证了该方法的有效性,将该方法运用到轴承复合故障振动信号中,分析结果表明,该方法能够实现欠定情况下源数目的可靠估计.     

基于独立分量分析的EMD模态混叠消除方法研究

针对经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)算法中存在的模态混叠现象,提出一种应用独立分量分析进行模态混叠消除的新方法.首先应用形态学滤波方法将信号中的噪声予以消除,减少由于噪声因素造成的模态混叠现象.然后将信号进行EMD分解,获得不同的IMF分量,将存在模态混叠成分的IMF分量进行相空间重构,利用基于峭度最大化的独立分量分解算法实现混叠成分的分离,仿真分析和工程应用的结果表明,所提方法能有效地消除EMD分解过程中的模态混叠现象.     

APEEMD及其在转子碰摩故障诊断中的应用

总体平均经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)是抑制经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)模态混叠的有效方法,针对EEMD分解效果依赖于添加噪声的大小、筛分次数和总体平均次数等参数的选择及噪声残留大、分解不完备等问题,提出了自适应部分集成经验模态分解。该方法通过成对地向目标信号加入自适应噪声,并对每个内禀模态函数(intrinsic mode function,简称IMF)自动选择筛选次数,通过排列熵检测筛分出高频IMF,再对剩余信号进行EMD分解。将提出的方法应用于仿真和转子碰摩故障试验数据分析,结果表明提出的方法能够有效地应用于转子碰摩故障诊断,而且在分量的精确性、完备性和模态混叠的抑制等方面优于EEMD方法。     

基于EMD降噪和谱峭度的轴承故障诊断方法

能否减小噪声干扰,提高信噪比,有效地提取故障信息是进行滚动轴承早期故障诊断的前提和关键。提出一种基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和谱峭度(spectral kurtosis,SK)的滚动轴承故障诊断方法。首先对所提取的故障信号运用EMD分解,得到多个基本模式分量(intrinsic mode function,IMF),然后根据互相关系数去除伪分量,选取合适的IMF分量进行信号重构以达到降噪目的,突出高频共振成分,再应用谱峭度法确定带通滤波器的参数,最后对重构信号进行包络分析完成故障诊断。     

基于改进EMD的齿轮箱故障特征提取方法研究

针对经验模式分解(Empirical mode decomposition,简称EMD)方法在信号处理时普遍出现的端点效应问题,结合齿轮箱早期故障非稳态信号特点,提出了基于分段三次Hermit插值的极值截断法与相关筛选法相结合的改进EMD方法。该方法将信号用分段三次Hermit插值法求取包络线,在距离端点最近的极值点处对包络线及信号进行截断,取中间部分继续处理,将分解后得到的基本模式分量(Intrinsic mode function,简称IMF)与原信号计算相关系数,筛选主要IMF作为进一步分析对象。实验结果表明,本改进EMD方法可以有效提取齿轮箱故障特征。