基于多分辨SVD包和MED的柔性薄壁轴承故障特征提取与诊断

柔性薄壁轴承安装到谐波减速器上时内外圈会受迫变形成椭圆,工作过程中会产生周期性的冲击信号,使得柔性薄壁轴承的故障特征信号提取变得更加复杂。为实现对柔性薄壁轴承故障特征信号的有效提取,提出了一种基于多分辨奇异值分解（SVD）包和最小熵解卷积（MED）的柔性薄壁轴承故障特征提取与诊断的方法。利用多分辨SVD包对采集到的振动信号进行分解,分解后选用前4层中信噪比最高的近似信号进行MED冲击特征提取处理,将处理后的信号与前4层的细节信号进行信号重构和频谱分析,得到故障特征频率,最后将得到的故障特征频率与理论计算值进行对比,判断出故障类型。和单独使用多分辨SVD包处理的实验效果相比,该方法对柔性薄壁轴承的故障特征提取效果更好。     

EWT分解和SVD消噪在轴承故障诊断中的应用

针对经验模态分解在轴承的故障诊断中存在着固有模态函数频谱繁多杂乱的问题,提出了一种基于经验小波变换(empirical wavelet transform(EWT))和奇异值分解(singular value decomposition,SVD)相结合的轴承故障诊断方法。该方法首先利用EWT分解的自适应性特点,对故障信号进行分解,得到各分量信号,从而有效地减少模态混叠现象;再对各分量信号进行SVD分解重构,减少噪声的影响以消除随机干扰,最后对经过SVD重构后得到的各分量信号进行Hilbert变换,得到轴承的故障特征频率。通过仿真和实验验证,EWT和SVD相结合的新算法可以准确地提取出轴承故障特征频率的基频和倍频成分,有效地确定轴承故障。     

基于FSWT细化时频谱SVD降噪的冲击特征分离方法

为有效提取滚动轴承故障振动信号的故障冲击特征,提出了基于FSWT细化时频谱SVD降噪的冲击特征分离提取方法。首先对原始信号进行频率切片小波变换得到全频带下的时频分布,然后根据时频谱能量分布特点选择出感兴趣的时频区域,再以较高的时频分辨率对感兴趣的时频区域进行细化分析得到细化的时频谱,从而分割出含有故障特征时频区域。为克服噪声对细化时频谱精度的影响,FSWT细化分析过程融入SVD降噪,通过对FSWT细化时频谱系数矩阵进行奇异值差分谱阈值降噪,使得FSWT细化时频谱的冲击特征更加明显,最后通对降噪后的细化时频谱进行FSWT逆变换重构,分离出故障冲击信号。仿真分析和故障诊断实例表明,基于FSWT细化时频谱SVD降噪的冲击特征分离提取方法能够成功从低信噪比信号中提取出周期性的冲击特征,有效地实现对滚动轴承各种故障的诊断。     

SGMD-MOMEDA滚动轴承故障特征提取方法研究

针对滚动轴承的振动信号因非线性、非平稳且信噪比低而造成故障特征难以提取的问题,基于辛几何模态分解(Symplectic Geometry Mode Decomposition, SGMD)和多点最优最小熵解卷积调整(Multipoint Optimal Minimum Entropy Deconvolution Adjusted, MOMEDA)理论,提出了SGMD-MOMEDA故障提取方法。首先,使用SGMD对故障信号进行分解,得到一列的辛几何分量(Symplectic Geometry Components, SGC);其次,依据相关性准则选取SGC进行信号重构,并确定MOMEDA分解参数;最后,使用MOMEDA方法对重构信号进行处理以提高信噪比,并利用包络谱分析对处理后的信号提取故障特征。仿真和实验结果表明,该方法能够准确地提取滚动轴承的故障频率,且与经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)方法的对比结果显示了SGMD方法作为预处理其分解结果更加准确,在故障诊断领域具有较大的应用价值。     

形态滤波与EEMD在振动筛轴承故障诊断中的应用

轴承故障诊断的关键在于振动信号的前处理与故障特征参数的提取。形态滤波法可以利用特有的数学属性对故障信号进行有效的降噪处理,并突出故障信号的特征参数;同时利用集合平均经验分解对轴承的特有故障特征进行提取。将该振动信号提取方法应用到振动筛等振动机械的轴承故障特征提取中,通过试验表明,该方法可以有效提取振动机械中故障信号的频谱特征,便于工程应用。     

SVD-LMD联合降噪和TEO的滚动轴承故障诊断

针对随机噪声背景下滚动轴承局部损伤信息提取困难的问题,提出了一种奇异值分解(Singular value decomposition,SVD)和局部均值分解(Local mean decomposition,LMD)联合降噪,并结合Teager能量算子(Teager energy operator,TEO)的特征提取新方法.首先,利用SVD方法对滚动轴承故障振动信号进行处理,初步剔除背景噪声;然后,使用LMD方法分解降噪后的信号,依据相关系数指标筛分出敏感乘积函数(Product function,PF)并加以重构;最后,对重构的信号进行TEO解调分析,将解调谱中幅值突出的频率成分与故障特征频率理论值进行对比,提取故障信息.结果表明,该方法可有效提取轴承局部损伤的特征频率,最终实现故障诊断.     

广义S变换时频谱SVD降噪的滚动轴承故障冲击特征提取方法

针对强背景噪声下滚动轴承故障冲击特征难以提取的特点,提出了基于广义S变换时频谱SVD降噪的滚动轴承故障冲击特征提取方法。利用广义S变换时频分辨率高,时频谱能量集中,适合处理与分析非平稳冲击信号的特点,将广义S变换时频谱系数矩阵作为SVD的Hankel矩阵,以奇异值差分谱峰值群最后一个峰值点对应的奇异值作为置零阈值,最后对降噪后的数据矩阵进行广义S逆变换得到时域冲击特征信号。仿真及实际研究表明,该方法能够有效地提取出低信噪比信号中的周期性冲击特征,并能够有效地提取轴承故障振动信号中的冲击特征频率。     

基于奇异值分解和局域均值分解的滚动轴承故障特征提取方法

针对随机噪声干扰滚动轴承故障特征信号提取这一问题,提出一种基于奇异值分解(Singular value decomposition,SVD)滤波降噪与局域均值分解(Local mean decomposition,LMD)相结合的故障特征提取方法。该方法首先对原始振动信号在相空间重构Hankel矩阵并利用SVD方法进行降噪处理,再对降噪后的信号进行LMD分解,将多分量的调制信号分解成一系列生产函数(Product function,PF)之和,最后结合共振解调技术对PF分量进行包络谱分析提取故障特征频率。通过数值仿真和实际轴承故障数据的分析对比,表明该方法提高了LMD的分解能力,可有效辨别出滚动轴承实测信号的典型故障,提高滚动轴承故障的诊断效果。     

基于WOA-VMD联合MOMEDA的轴承外圈故障特征提取方法

滚动轴承工作环境较为复杂，在复杂的环境因素影响下，其故障特征信号容易受到噪声的影响，导致其难以被识别。针对这一问题，提出了一种基于鲸鱼优化算法(WOA)的变分模态分解(VMD)联合多点最优最小熵解卷积(MOMEDA)的滚动轴承外圈故障特征提取方法。首先，利用变分模态分解(VMD)对仿真信号进行了分解，使用鲸鱼优化算法(WOA)确定了最佳分解层数以及各分量的样本熵；然后，以样本熵最小值为目标寻优，得出了包含故障信号的最佳分量，对得到的最佳分量进行了MOMEDA重构，从重构信号的包络谱中获得了仿真信号故障特征频率及其倍频；最后，为了验证WOA-VMD联合MOMEDA的有效性，在实验台上采集数据，对滚动轴承的外圈故障信号进行了特征提取。实验结果表明：使用该方法可以高效地进行信号的分解寻优，能较为准确地得到仿真信号的故障频率(100 Hz)和实验台提取信号的近似故障频率(87.5 Hz),验证了该方法的有效性。研究结果表明：低信噪比的工况条件下，采用WOA-VMD联合MOMEDA的方法可以有效地提取滚动轴承的故障特征信号，并能从重构信号中提取故障特征频率。     

基于全矢EMD的低速重载轴承复合故障诊断方法

针对低速重载轴承故障信号频率低、单通道情况下复合故障信号不完整,从而导致故障特征提取困难的问题,提出将全矢谱技术与EMD相结合的方法解决低速重载轴承故障诊断问题。首先对时域非平稳信号进行角域重采样转化为角域伪平稳化信号;然后通过EMD进行信号的分解与重构,采用双通道全矢谱技术进行同源信息融合,弥补单通道信号测量的不完整性;最后对重构信号进行频谱分析提取特征参量进行故障识别,并通过试验分析进行了验证。     

基于EMD和信息熵的滚动轴承故障诊断

提出了一种基于EMD和信息熵的滚动轴承故障诊断方法。利用EMD将滚动轴承振动信号分解为多个IMF分量,计算各个IMF分量的信息熵,设定有效的熵阈值来取舍IMF分量,利用保留的IMF分量重构信号,并对重构信号进行Hilbert包络谱分析,提取滚动轴承故障特征频率。对实测滚动轴承振动信号分析表明,该方法能有效提取滚动轴承的故障特征频率。     

鲁棒性幅值指数自适应谱幅值调制法

近期提出的谱幅值调制(SAM)法可通过调节幅值指数适应不同故障信号的特征提取,具有较好的应用前景。但该方法目前幅值指数的取值需人工判断,尚无法用其实现对故障特征的自动优化提取,且当故障特征受到复杂干扰时,通过人工选择较难选取较佳的幅值指数。为此,本文研究提出了一种鲁棒性幅值指数自适应谱幅值调制法。该方法首先利用角域重采样将信号转换到角域,再通过多点最优最小熵解卷积(MOMEDA)对故障弱冲击特征进行增强,最后利用2阶循环平稳指标(ICS₂)自适应选取SAM中的倒谱幅值指数,以该优化幅值指数计算倒谱信号,实现故障特征的自动提取。在行星轴承内圈故障特征提取上进行了验证研究,实验结果表明,本文所提方法能够实现复杂干扰下行星轴承内圈故障特征的自适应提取。     

基于ITD-形态滤波和Teager能量谱的轴承故障诊断

针对强背景噪声下滚动轴承振动信号故障特征信息难以提取的问题,提出了结合固有时间尺度分解(ITD)-形态滤波和Teager能量谱的滚动轴承故障特征提取与诊断方法。首先对滚动轴承振动信号采用ITD方法分解,得到若干个固有旋转分量;考虑到噪声主要分布在高频段,取前2个高频的固有旋转分量进行形态滤波,并将滤波后的信号与剩余固有旋转分量重构;对重构信号计算Teager能量算子并绘制Teager能量谱,从Teager能量谱中可以识别出故障特征。将本方法应用于滚动轴承的内圈故障和外圈故障诊断,结果表明ITD-形态滤波可以有效去除振动信号中的背景噪声并保留冲击特征,Teager能量谱可以直观并准确显示出故障特征。     

基于小波包和AR谱分析的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承故障振动信号的非平稳性,提出了一种基于小波包和AR谱分析的滚动轴承故障诊断方法.该方法对系统输出信号进行小波包分解,然后进行重构,再对重构信号进行AR谱分析,从而提取出故障特征频率.试验结果表明,这种方法能有效地提取滚动轴承的故障特征,诊断其故障.     

基于SVD-EEMD和TEO的滚动轴承弱故障特征提取

将奇异值分解(singular value decomposition,简称SVD)与集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)进行结合,提出一种适用于滚动轴承弱故障状态描述的敏感特征提取方法。为提高信号故障信息的提取质量,对采集信号进行相空间重构得到一种Hankel矩阵。根据该矩阵的奇异值差分谱,确定降噪阶次进行SVD降燥。用EEMD分解降噪后的信号可获得11个本征模态函数(intrinsic mode function,简称IMF)和1个余项。依据建立的峭度-均方差准则,筛选出一个能够有效描述故障状态的敏感IMF分量,计算其相应的Teager能量算子(Teager energy operator,简称TEO),对此TEO进行Fourier变换,实现了对滚动轴承弱故障模式的有效辨识。用美国凯斯西储大学公开的滚动轴承故障信号对所建立的方法与传统EEMD-Hilbert法和EEMD-TEO方法进行对比,结果表明:经本方法提取的敏感特征能准确突显滚动轴承故障频率发生的周期性冲击,可准确识别其故障类型。     

基于改进MOMEDA的齿轮箱复合故障诊断

总体经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)对信号分解时由于白噪声选取不当,常造成能量泄露;通过计算多点峭度可以提取冲击性故障周期,但在强噪声环境下其追踪效果并不理想;考虑到多点最优最小熵反褶积(multipoint optimal minimum entropy deconvolution adjuste,简称MOMEDA)提取故障时准确度受到故障周期区间范围的影响,提出了基于组合模态函数-多点最优最小熵反褶积(combined mode function-multipoint optimal minimum entropy deconvolution adjuste,简称CMF-MOMEDA)的自适应齿轮箱复合故障特征提取方法。首先,通过EEMD对信号分解,将信号按高低频依次分开;其次,取与原信号相关性强的本征模态函数,通过组合模态函数(combined mode function,简称CMF)将原信号分解为高低两个频带C_h和C_L,分别求其多点峭度谱图,提取故障周期成分;然后,设定合适的周期范围,通过MOMEDA提取故障特征;最后,将该方法应用于齿轮箱故障特征提取,以验证其可行性。     

基于小波—奇异值分解差分谱的弱故障特征提取方法

对于一些复杂信号中的弱故障特征信息,以往的两种小波—奇异值分解(Singular value decompositiom,SVD)组合模式的特征提取效果不佳,从小波的频率窗特性出发分析了出现这种问题的原因,进而对复杂信号的奇异值分布规律进行研究,据此提出一种新的小波-SVD差分谱组合模式。对原始信号做小波分解得到一系列细节信号后,不再将这些信号简单地排列成矩阵,而是利用每个细节信号构造特定结构的Hankel矩阵,再通过SVD对每个矩阵做正交化分解,并利用奇异值差分谱来选择特征奇异值进行SVD重构,由此实现对弱故障特征信息的提取。对一个轴承振动信号的处理结果证实该方法对复杂信号中的弱故障特征信息具有优良的提取效果,其获得的故障特征波形非常清晰,克服了以往小波-SVD组合模式对弱故障特征提取效果不佳的缺陷。     

应用小波包和包络分析的滚动轴承故障诊断

提出了一种基于小波包分析、频带能量分析和包络分析相结合的滚动轴承故障诊断方法.首先利用小波包将滚动轴承振动信号分解到不同的节点上.然后求出各频率段的能量,根据频带能量的变化情况,找出滚动轴承的故障所在的频带.最后对故障频带的重构信号做包络谱,将谱峰处的频率同滚动轴承的故障特征频率进行对比分析,诊断出滚动轴承的故障.通过对试验中采集到的滚动轴承振动信号进行分析,证明了该方法在滚动轴承故障诊断中的有效性.     

基于余弦调频小波变换的滚动轴承故障研究

针对滚动轴承故障振动信号的特点，构造余玄调频小波，采用连续小波变换的方法来提取滚动轴承故障振动信号的特征，在此基础上提出了一种滚动轴承故障诊断方法：时间一小波能量谱自相关分析法。通过对滚动轴承具有缺陷的情况下振动信号的分析，说明时间一小波能量谱自相关分析法不仅能检测到滚动轴承故障的存在，而且能有效地识别滚动轴承的故障模式。