基于BITD和同态滤波解调的齿轮故障诊断方法

针对齿轮故障振动信号的非平稳特征以及本征时间尺度分解(ITD)方法的缺点,提出了B样条改进的本征时间尺度分解(BITD)和同态滤波解调相结合的故障诊断方法。首先采用BITD方法对齿轮振动信号进行分解,将其分解为若干个合理旋转分量之和,然后用相关系数筛选出最能表征故障信息的合理旋转分量进行同态滤波解调来提取故障特征。仿真信号与齿轮故障诊断工程实例分析验证了该方法的有效性。     

局部特征尺度分解方法及其在齿轮故障诊断中的应用

在定义瞬时频率具有物理意义的单分量信号——内禀尺度分量(Intrinsic scale component,ISC)的基础上,提出一种新的自适应信号分解方法——局部特征尺度分解(Local characteristic-scale decomposition,LCD)。LCD方法可以自适应地将任何一个复杂信号分解为若干个瞬时频率具有物理意义的ISC分量之和,非常适合于处理多分量的调幅—调频信号。当齿轮发生故障时,其振动信号一般为多分量的调幅—调频信号,因此局部特征尺度分解方法可以有效地应用于齿轮故障诊断。对LCD和经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)、局部均值分解(Local mean decomposition,LMD)方法进行对比,结果表明了LCD方法的优越性。同时,针对齿轮故障振动信号的调制特征,将LCD方法和包络分析法相结合应用于齿轮故障诊断,对实际的齿轮故障振动信号进行分析,结果表明LCD方法可以有效地应用于齿轮故障诊断。     

基于VMD阶比跟踪的变转速齿轮箱齿轮故障特征提取

针对变转速工况下齿轮箱齿轮阶比信号互相干扰故障特征难以提取的问题,提出了基于VMD(Variational Mode Decomposition)和阶比跟踪技术结合的齿轮箱齿轮故障特征提取方法。该方法通过计算阶比跟踪技术对振动信号进行角域重采样;获得重采样信号后,利用VMD按照中心阶比不同,自适应地将重采样信号分解,再利用峭度准则从IMF(Intrinsic Mode Function)分量中选取出故障信号;最后对故障信号进行快速谱峭图处理和滤波平方包络解调。通过变转速下齿轮箱的齿轮故障试验和对比分析,表明该方法能有效提取出变转速下齿轮箱的齿轮故障特征,且降噪效果明显,特征突出,适用于变转速齿轮箱的齿轮故障特征提取。     

齿轮箱复合故障振动信号的形态分量分析

在改进形态分量分析系数阈值去噪方法的基础上,将其用于齿轮箱复合故障振动信号的分析。齿轮箱中的齿轮出现局部故障时,其振动信号中往往出现调幅调频成分;而滚动轴承出现局部故障时,其振动信号中往往出现周期性瞬态冲击成分。调幅调频成分的幅值变化相对缓慢,可看作信号中的光滑部分;而瞬态冲击成分的幅值变化较快,可看作信号中的细节部分,故可依据此形态差异实现二者的分离。采用形态分量分析方法将齿轮箱复合故障振动信号分解为包含滚动轴承局部故障信息的冲击分量、包含齿轮局部故障信息的谐振分量及残余分量,根据冲击分量和谐振分量的Hilbert包络解调谱分别诊断滚动轴承和齿轮的局部故障。对齿轮箱复合故障振动信号的分析结果表明,该方法可有效分离滚动轴承与齿轮的故障特征,且效果要优于经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)方法。     

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。     

基于卡尔曼滤波的局部齿轮故障特征提取

针对齿轮振动信号具有高噪声的特点,将卡尔曼滤波(Kalman filtering)引进齿轮故障诊断中,提出基于卡尔曼滤波的局部齿轮故障诊断的方法。采用卡尔曼滤波对加速度信号进行降噪处理,再利用局部均值分解将振动信号自适应地分解为若干个单分量信号,从而提取出齿轮故障特征。与只进行局部均值分解获得故障特征的方法对比,采用卡尔曼滤波降噪后提取出的故障特征更具有准确性。     

强噪声背景下基于振动信号分析的齿轮故障诊断

煤矿机械齿轮传动过程中,齿轮振动信号因摩擦力、刚度非线性等因素表现出非平稳特征的同时还受工况现场的强噪声干扰,如何在强噪声背景下,有效提取故障信息、识别故障类型是该类故障诊断的关键。提出一种强噪声背景下基于振动信号分析的齿轮故障诊断方法,该方法包括小波阀值降噪处理、总体经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)熵特征提取、概率神经网络(Probabilistic Neural Network,PNN)识别三个过程。利用小波阀值降噪对采集到的振动信号进行去噪处理;对去噪后信号进行EEMD分解,得到一组消除模态混叠的固有模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)分量,并提取前3个IMF分量的样本熵特征作为故障特征信息;最终结合PNN实现强噪声背景下的齿轮故障诊断。实验结果表明:文中提出的方法可以实现强噪声背景下齿轮故障的准确识别,识别率可以达到90%以上,是一种有效的齿轮故障识别方法。     

基于EEMD和THT的齿轮故障诊断方法

提出了一种基于总体平均经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)和TeagerHuang变换的齿轮箱故障诊断方法,该方法首先运用EEMD方法,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,然后用Teager能量算子计算各固有模态函数的瞬时频率和瞬时幅值,得到Teager-Huang变换时频谱.齿轮箱齿轮裂纹故障振动试验信号的研究结果表明,Teager-Huang变换时频谱优于Hilbert-Huang变换时频谱,能有效识别齿轮故障.     

基于LCD基本尺度熵的齿轮故障RVM识别

针对齿轮故障振动信号非线性、非平稳性等特点,以及其故障特征提取较为困难的实际,提出了基于LCD基本尺度熵的齿轮故障特征提取方法。该方法利用局部特征尺度分解(LCD)对齿轮振动信号进行自适应分解,获取原始信号不同尺度分量;根据基本尺度熵能有效区分不同故障信号的复杂度,计算LCD分解所得内禀尺度分量(ISC)基本尺度熵,获得原始信号多个尺度的复杂度特征作为齿轮不同故障下的特征参数;将该特征参数输入相关向量机(RVM)分类器中判断齿轮故障,实现故障诊断。齿轮故障诊断实验结果表明,所提方法能够有效地识别齿轮的典型故障,相比其他一些方法,具有一定的优势。     

基于局部均值分解的阶次跟踪分析及其在齿轮故障诊断中的应用

针对齿轮升降速过程中故障振动信号为多分量的调制信号以及故障特征频率随转速变化的特点,将局部均值分解（LMD）与阶次跟踪分析相结合,提出了一种新的齿轮故障诊断方法。首先采用阶次重采样将齿轮的时域振动信号转换为角域平稳信号,然后对角域信号进行LMD分解,得到若干个乘积函数（PF）分量,最后对各个PF分量的瞬时幅值进行频谱分析来提取齿轮的故障特征。通过对齿轮齿根裂纹故障试验振动信号的分析可知,该方法能有效地提取齿轮故障特征。     

Gear fault diagnosis under variable conditions with intrinsic time-scale decomposition-singular value decomposition and support vector machine

The gear vibration signal is nonlinear and non-stationary, gear fault diagnosis under variable conditions has always been unsatisfactory. To solve this problem, an intelligent fault diagnosis method based on Intrinsic time-scale decomposition (ITD)-Singular value decomposition (SVD) and Support vector machine (SVM) is proposed in this paper. The ITD method is adopted to decompose the vibration signal of gearbox into several Proper rotation components (PRCs). Subsequently, the singular value decomposition is proposed to obtain the singular value vectors of the proper rotation components and improve the robustness of feature extraction under variable conditions. Finally, the Support vector machine is applied to classify the fault type of gear. According to the experimental results, the performance of ITD-SVD exceeds those of the time-frequency analysis methods with EMD and WPT combined with SVD for feature extraction, and the classifier of SVM outperforms those for K-nearest neighbors (K-NN) and Back propagation (BP). Moreover, the proposed approach can accurately diagnose and identify different fault types of gear under variable conditions.     

改进时频分析和特征融合在内燃机故障诊断中的应用

针对基于内燃机振动信号的故障识别诊断问题,首先提出一种基于阈值筛选的变分模态分解(VMD)、玛基诺-希尔时频分布(MHD)的时频分析方法,该方法针对Cohen类时频分布存在的交叉干扰项问题,通过阈值筛选法确定VMD算法的分解层数,从而将内燃机振动信号分解成一系列单分量模态信号,然后对单分量信号进行MHD时频表征及线性叠加得到时频聚集性优良、物理意义明确的振动信号时频谱图。再通过局部非负矩阵分解(LNMF)对时频图像特征进行提取,将提取的特征与振动信号时域参数进行特征融合,得到融合特征向量。对支持向量机(SVM)采用改进粒子群优化算法进行参数优选,然后对特征向量进行训练和测试,实现了内燃机的故障识别诊断。将该方法应用于内燃机气门间隙故障8种工况下缸盖振动信号的识别诊断试验,结果表明,该方法能够对不同工况振动信号进行有效识别分类。通过参数优选,最高识别率达到了99.17%,同时对比传统的最近邻分类器的分类结果,证明了该方法的优越性。     

基于LMD和主分量分析的齿轮损伤识别方法

针对齿轮故障振动信号的非平稳特征,提出了基于局部均值分解(Local mean decompos ition,简称LMD)和主分量分析的齿轮损伤识别方法。该方法首先对齿轮振动信号进行局部均 值分解,将其分解成为若干个PF分量(Product function,简称PF),然后选取包含主要损伤信息的PF分量。从PF分量中提取能量和时域统计量等特征参数,组合成初始特征参数向量矩阵, 并进一步对初始特征参数向量矩阵进行主分量分析,得到齿轮振动信号的主特征分量,建立距 离判别函数,从而对齿轮工作状态进行识别。实验数据分析结果表明,本方法能有效地识别齿 轮损伤类型。     

基于小波分析和修正指数分布的齿轮故障诊断方法

提出了基于小波分析和修正指数分布(modifiedexponentialdistribution,MED)的齿轮故障诊断方法,该方法采用小波包将齿轮振动信号分解为若干个频率段,然后选择合适的频率段进行小波包重构,对重构后的信号进行MED分析,得到齿轮振动信号的小波包时-频分布,进而从中提取齿轮振动信号故障的故障特征.对具有裂纹的齿轮振动信号分析结果表明了基于小波分析和MED的齿轮故障诊断方法的有效性.     

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。     

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。     

基于非线性短时傅里叶变换阶次跟踪的变速行星齿轮箱故障诊断

针对变速行星齿轮箱信号频率模糊且受噪声影响的问题,提出了基于非线性短时傅里叶变换（NLSTFT）无键相阶次跟踪与变分模态分解的故障诊断方法。用NLSTFT算法估计信号瞬时频率,对其积分获得瞬时相位曲线,通过重采样得到角域信号;利用NCOGS算法对角域信号降噪,采用VMD算法进行角域信号模态分解,通过各模态分量信号包络谱解调实现故障诊断。实验结果表明,新方法计算效率高、鲁棒性好,提高了变转速行星齿轮箱故障诊断性能。     

基于Wigner分布和分形维数的柴油机故障诊断

针对柴油机配气机构故障诊断问题,提出了一种基于Wigner分布和差分分形盒维数的故障诊断方法。首先,利用改进局部均值分解算法对柴油机缸盖振动信号进行分解,并采用相关性分析剔除噪声和伪分量;然后,分别对各相关分量进行Wigner时频分析,将结果线性叠加得到振动时频图,再提取图像的差分分形盒维数作为故障特征;最后,利用k-最近邻(k-NN)实现故障诊断。仿真结果表明,改进局部均值分解算法可以抑制Wigner分布交叉项的干扰。实验结果显示,差分分形盒维数优于其他6种典型故障特征,利用本研究提出的方法对配气机构进行故障诊断的正确率为97.2%,该方法可以用于柴油机配气机构故障诊断。     

柴油机振动信号快速稀疏分解与二维特征编码

针对柴油机故障诊断方法中的信号时频表征及特征提取问题,提出一种基于振动信号快速稀疏分解与二维时频特征编码识别的柴油机智能故障诊断方法。首先,为了获得时、频聚集性优良的时频图像,提出一种随分解残差信号自适应更新Gabor字典的改进匹配追踪(adaptive matching pursuit,简称AMP)算法,利用AMP算法将柴油机振动信号分解后叠加各原子分量的Wigner-Ville分布,获取原信号的稀疏分解时频图像;然后,为提取时频图像的特征参量,提出了双向二维非负矩阵分解(two-directional,2-dimensional non-negative matrix factorization,简称TD2DNMF)算法,用于对时频图像的幅值矩阵进行特征编码,获取蕴含在时频图像内部的低维特征,并利用最近邻分类器实现了时频图像的自动分类识别。将提出的方法应用于4种不同状态柴油机气门故障的诊断试验中,结果表明,该方法能够获得无交叉项干扰、聚集性好的时频图像,使各时频分量的物理意义更加明确,并改进了传统图像模式识别中的特征参数提取方法,是一种有效的柴油机故障诊断方法。