自适应总体平均经验模式分解及其在行星齿轮箱故障检测中的应用

总体平均经验模式分解(Ensemble empirical mode decomposition,EEMD)是针对经验模式分解(Empirical mode decomposition,EMD)存在的模式混淆问题而提出的,对分解信号加入高斯白噪声,改善信号的极值点分布,经过多次平均,从而达到减小模式混淆的目的。然而,EEMD分解效果取决于添加噪声的幅值、筛选次数等参数的选择。目前的研究通常是人为选择这些参数,具有较大的盲目性和主观性,因此分解结果差强人意。为了解决以上问题,提出一种新的自适应总体平均经验模式分解方法。该方法基于EMD的滤波特性,在提取本征模式分量(Intrinsic mode function,IMF)的过程中自适应改变加入噪声的幅值,并对每个IMF自动选择不同的筛选次数,可以更好地削弱模式混淆。通过仿真试验验证了该方法的有效性,并将该方法应用于行星轮故障检测中,取得了比EEMD更好的故障检测结果。     

应用EMD和双谱分析的故障特征提取方法

针对传统双谱分析从理论上仅能抑制高斯噪声,但对非高斯噪声无能为力的不足,提出了一种利用经验模式分解(empirical mode decomposition,简称EMD)和双谱分析的故障特征提取方法,并应用于滚动轴承故障诊断中。首先,对信号进行EMD分解;其次,利用能量相关法去除EMD分解过程中出现的伪本征模态分量(intrinsic mode function,简称IMF);最后,对得到的真实IMF进行双谱分析提取故障特征。仿真和实验结果表明,所提出的方法优于功率谱分析和传统双谱分析,能够更有效地提取强噪声背景下的机械故障特征信息,为滚动轴承的故障特征提取提供了一种新的方法。     

变量预测模型在齿轮故障诊断中的应用

将基于变量预测模型的模式识别(variable predictive model based class discriminate,简称VPMCD)方法、经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)方法和奇异值分解(singular value decomposition,简称SVD)相结合,提出了一种基于EMD,SVD和VPMCD的齿轮故障的诊断方法.首先,对齿轮振动信号进行EMD分解,得到若干个IMF(intrinsic mode function,简称IMF)分量;其次,将包含齿轮主要故障信息的前几个IMF分量组成特征向量矩阵,并对其进行SVD分解;最后,将奇异值作为特征向量建立VPMCD多故障分类器,以此来区分齿轮的工作状态和故障类型.将提出的方法应用于齿轮实验数据,分析结果表明,该方法能够实现齿轮故障类型的分类和诊断,是一种有效可行的齿轮故障诊断方法.     

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。     

基于改进EMD和谱峭度法滚动轴承故障特征提取

针对滚动轴承故障信号的强背景噪声特点,提出一种基于改进经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)与谱峭度法的滚动轴承故障特征提取方法.首先,利用EMD方法对原故障信号进行分解,得到若干平稳固有模态分量(intrinsic mode function,简称IMF);然后,采用灰色关联度与互信息相结合方法剔除传统EMD分解结果中存在的虚假分量;最后,运用谱峭度法和包络解调方法对真实IMF分量进行分析,提取故障特征频率.通过对实际滚动轴承故障信号的应用表明,该方法可有效地提取滚动轴承故障特征,且能够取得比传统包络解调分析更好的效果.     

基于经验模式分解和最小二乘支持矢量机的滚动轴承故障诊断

为了有效提取设备状态信息,提出一种Renyi熵复杂性测度下的经验模式分解(Empirical mode decomposition,EMD)和最小二乘支持矢量机(Least square support vector machine,LS-SVM)的故障诊断方法.该方法先对振动信号进行EMD分解,得到多个基本模式分量(Intrinsic mode function,IMF)后,求出表征故障信息的若干个IMF的Renyi熵,再将其作为特征矢量输入LS-SVM进行故障分类.一个滚动轴承故障诊断实例说明该种方法的有效性.     

基于改进Hilbert-Huang变换的机械故障诊断

Hilbert-Huang变换(Hilbert-Huangtransform,HHT)通过经验模式分解(Empirical mode decomposition,EMD)和Hilbert变换能够自适应地将复杂的非线性、非平稳信号刻画成Hilbert-Huang谱,突显信号的局部特征,具有良好的时频聚集能力,因此被广泛用于机械信号处理与故障诊断.然而,EMD存在的模式混淆问题使其难以获得准确的本征模式分量(Intrinsic mode function,IMF).此外,通常只有部分IMF包含故障敏感信息、表征故障特征.因此基于EMID和所有IMF的Hilbert-Huang谱的故障诊断精度有待提高.为此提出一种基于总体平均经验模式分解(Ensemble empirical mode decomposition,EEMD)和敏感IMF的改进HHT.该方法利用EEMD获取无模式混淆的IMF,通过敏感度评估算法从EEMD所有的IMF中选择反应故障特征的敏感IMF,从而得到改进的Hilbert-Huang谱以更准确地诊断机械故障.通过仿真试验以及转子早期碰摩故障诊断的工程实例验证了改进HHT的有效性.     

改进的经验模式分解在机械故障诊断中的应用

针对经验模式分解(empirical mode decomposition,简称EMD)在工程应用中存在的端点效应和模式混叠问题,提出了一种改进的EMD方法。首先,利用遗传支持向量回归对短信号进行延拓;然后,采用改进的包络拟合方法并结合总体经验模式分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)处理信号,数值仿真结果验证了该方法能够有效抑制端点效应和模式混叠;最后,利用该方法并结合包络解调对滚动轴承内圈故障信号进行实验与分析。结果表明,与EMD相比,该方法可以更有效地提取故障特征,满足机械设备故障诊断工程实际需求。     

基于经验模式分解的全息谱故障识别方法

由于实测信号中的一些噪声干扰会影响全息谱对信号分析的准确性,采用经验模式分解(emprical mode decomposition,简称EMD)方法进行信号滤波以提高识别的可靠性.应用EMD对信号分解,并结合互相关系数对内蕴模式分量(intrinsic mode function,简称IMF)进行滤波,在此基础上对信号进行重构,以降低噪声干扰,并对实际测试信号进行有效提纯.最后,对滤波后的转子信号进行全息谱分析,并通过分析实际转子碰摩信号来验证该方法的有效性.     

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。     

局部特征尺度分解方法及其分量判据研究

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在研究内禀时间尺度分解(ITD)方法的基础上提出了一种新的自适应时频分析方法——局部特征尺度分解(LCD)方法,该方法可以自适应地将一个复杂的多分量信号分解为若干个瞬时频率具有物理意义的内禀尺度分量(ISC)之和。对LCD方法的基本原理进行了阐述,并对其分量判据进行了研究,
将经验模态分解(EMD)方法中的标准差判据应用于LCD方法。标准差判据的阈值会因自适应时频分析方法的不同而有所差异,因此标准差判据不具有自适应性,针对标准差判据的这一缺陷,提出了一种新的具有自适应性的分量判据——极值单调性判据,该判据无需设定任何阈值。信号分析结果表明了这两种判据的有效性,而极值单调性判据的适用性更强,可直接应用于EMD方法。另外,对比分析了LCD方法和EMD方法的计算效率,分析结果表明LCD方法在计算效率方面要优于EMD方法。     

经验模态分解停止准则及在故障诊断中的应用

停止准则是决定经验模态分解能否完整准确地提取出信号的内禀模态函数的重要因素之一,文中在总结现有的标准偏差(standard deviation,SD)准则、G.Rilling准则和能量差跟踪法的基础上,提出新的结合G.Rilling准则和能量差跟踪法的停止准则,并对这些准则进行仿真和实测数据的比较验证,试验结果表明,文中提出的停止准则优于SD准则和G.Rilling准则,为故障诊断提供更可靠的依据。     

经验模态分解滤波器组特性及轴承异音识别

利用经验模态分解滤波器组特性可调整性,结合短时傅里叶变换(STFT)技术识别轴承异音。在研究高斯随机噪声经验模态分解(EMD)的基础上,运用数值方法证实EMD滤波器组特性随判别参数SD改变,指出类似于二进制小波滤波器组特性只是一种特殊条件下的分解现象。根据轴承振动加速度的广谱性质,利用参数SD对EMD滤波器组特性可调性,对滚动轴承振动加速度信号按异音测量要求进行EMD自动频段分解。对前3阶本征模态进行STFT变换,用三维图刻画轴承振动的幅值大小、频率大小、周期和随机分布冲击特性,设定阈值,在时频域上刻画轴承的异音。该方法揭示了轴承异音分布模式,能通过异音识别控制轴承加工质量。     

基于EMD与响度的有源噪声控制系统

为了提高有源噪声控制系统的降噪效果,提出了基于经验模态分解( empirical mode decomposition,EMD)和响度的控制系统.该系统首先采用EMD方法对噪声源进行自适应分解,并对分解后的各个固有模态函数(intrinsic mode function,IMF)分量的响度进行计算,然后根据各个分量的响度大小进行残差滤波器的设计.与基于A计权曲线设计的残差滤波器相比,该方法所设计滤波器能更好地抑制响度较小的信号频率成分.对有源噪声控制系统的降噪效果进行了仿真,结果表明,所提出的控制系统比传统滤波-X LMS(filtered-X least mean square)方法和采用基于A计权残差滤波器的系统降噪效果更好.     

基于互补的总体经验模式分解算法的齿轮箱故障诊断

针对经验模式分解(EMD)和总体经验模式分解(EEMD)算法在齿轮箱故障诊断中的缺陷,提出了一种基于互补的总体经验模式分解(CEEMD)算法的齿轮箱故障诊断方法。首先介绍了CEEMD方法,然后将CEEMD方法用于实际齿轮箱的故障诊断中。结果表明,与基于EMD/EEMD算法的齿轮箱故障诊断方法相比,基于CEEMD算法的齿轮箱故障诊断方法不但可以有效地克服模态混叠和能量泄露现象,而且大大提高了计算效率,为齿轮箱的故障诊断提供了一种新的方法。     

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.     

基于EMD和HT的旋转机械振动信号时频分析

把一列时间序列数据通过经验模态分解(Empirical Mode Decomposition，简称EMD)成本征模函数组(Intrinsic Mode Function．简称IMF)．然后经希尔伯特变换(Hilbert Transformation，简称HT)获得频谱的信号时频分析新方法引入到旋转机械振动信号处理领域。介绍了该方法的理论和算法。首先．采用调频调幅仿真信号对该方法进行仿真验证；其次．把一实测的旋转机械油膜涡动故障振动信号进行了基于EMD和HT的时频分析。仿真和实测信号的分析结果说明．用基于EMD和HT方法对旋转机械的振动信号进行时频分析是有效的。     

经验模态分解中虚假模态分量消除法

基于能量原理,提出经验模态分解(EMD)中虚假模态分量消除方法.在正常采样的条件下,分析信号EMD分解误差与虚假模态分量的关系,讨论虚假模态分量的性质.从EMD分解的完备性角度考虑在虚假模态存在情况下能量不守恒,给出模态函数消除法,从EMD分解结果中剔出虚假模态分量,消除信号经验模态分解误差.其有效性在所给例子中得到证实.     

基于EMD与同态滤波解调的矿用齿轮箱故障诊断

针对矿用齿轮箱振动信号的特点,提出了一种基于经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)与同态滤波相结合的故障解调方法.利用EMD对某矿用皮带机齿轮箱故障信号进行分解,得到若干个本征模态函数(intrinsic mode functions,简称IMFs)分量,然后对其中较突出的IMFs进行同态滤波解调分析,提取出了频率为7.0Hz的调制故障信号.研究表明,EMD与同态滤波解调相结合是一种有效的齿轮箱故障诊断方法.