参数优化变分模态分解方法在滚动轴承早期故障诊断中的应用

针对滚动轴承早期故障特征提取困难的问题,提出一种基于参数优化变分模态分解的轴承早期故障诊断方法。首先利用粒子群优化算法对变分模态分解算法的最佳影响参数组合进行搜索,搜索结束后根据所得结果设定变分模态分解算法的惩罚参数和分量个数,并利用参数优化变分模态分解算法对故障信号进行处理。原故障信号经过处理后被分解为若干本征模态函数分量,由此筛选出最佳信号分量并进行包络解调运算,最终通过分析信号的包络谱可判断轴承的故障类型。利用参数优化变分模态分解方法对轴承故障仿真和实测信号进行分析,均成功提取出微弱特征频率信息,表明参数优化变分模态分解方法可实现滚动轴承早期故障的有效判别,具有一定的可靠性和应用价值。     

VMD参数优化及其在轴承故障特征提取中的应用

针对群优化算法对变分模态分解所需模态数和二次惩罚项参数寻优效率较低的问题,提出了快速局部均值经验模态分解的信号预处理方法.对预处理后的模态分量根据相似系数准则进行模态数预估,同时利用多评价指标选择二次惩罚参数.针对VMD对故障信号中存在的固有振动高频带分解效果较差的问题,利用自相关能量函数实现降噪和减小高频带的影响.通过仿真实验和实测轴承故障数据分析,并与群优化算法选择参数以及中心频率相近选取模态数的VMD分解效果相比,该方法能有效提取故障信号的特征频率.      

基于MED和自适应VMD的行星齿轮箱故障诊断方法

为解决变分模态分解(VMD)在行星齿轮箱故障特征频率提取过程出现的鲁棒性低及分解个数不确定的问题,提出一种基于最小熵反褶积(MED)和自适应变分模态分解(AVMD)的齿轮箱故障诊断方法.首先通过MED对信号进行降噪,突出故障信号特征;采用瞬时频率的新定义及变差概念,自适应选择VMD的级数;使用VMD方法将行星齿轮箱的断齿故障信号分解为若干个本征模态函数(IMF)分量;根据相关系数分析选取带有故障信号的IMF分量,对其进行包络谱分析,以提取故障特征频率.仿真信号和试验信号分析结果表明,使用MED去噪后信号的峰值信噪比提高了10%,解决了传统VMD个数经验选择出现的误差问题从而实现此过程自适应化,解决了VMD在强噪声下针对非线性非平稳信号鲁棒性低的问题,准确提取了风电齿轮箱的故障特征频率.     

基于乌鸦搜索算法优化变分模态分解的滚动轴承故障诊断方法研究

针对滚动轴承故障信号的自适应提取和分解的问题，提出一种基于乌鸦搜索算法优化变分模态分解的滚动轴承故障诊断方法。将变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)方法的关键参数K和α采用新型的乌鸦搜索算法(crow search algorithm, CSA)进行优化，得到最优参数组合；再将最优参数组合输入到变分模态分解算法中，对故障信号进行分解从而得到多个本征模态分量(intrinsic mode function, IMF);以样本熵值为适应度函数挑选最优分量，对最优分量进行包络解调，分析其包络谱判断出轴承的故障类型。结果表明，提出的方法在兼顾全局搜索和局部搜索的同时也能将复杂的轴承故障信号准确地进行分解，提取出最优分量进行分析从而判断出轴承故障类型。     

一种基于变分模态分解参数优化的轴承故障诊断方法

为解决变分模态分解方法在提取齿轮箱滚动轴承的故障特征频率时受模态个数和惩罚项系数影响的问题,提出了一种基于人工鱼群算法优化变分模态分解的轴承故障诊断方法.首先,利用人工鱼群算法优化变分模态分解方法的模态个数和惩罚项系数;其次,故障振动信号经优化的变分模态分解方法分解,获得若干模态分量;最后,筛选包络熵值最小的分量进行包络分析,提取故障特征频率.实验结果表明:在优化参数过程中,寻优收敛时间缩短46％,并最终有效提取轴承故障特征频率.研究结果可解决变分模态分解方法受参数影响的问题,实现轴承故障诊断,具有实际意义.     

EMD在汽车变速齿轮箱振动故障分析的应用

采用经验模态分解和能量特征值对振动加速度传感器获取的汽车齿轮箱振动信号进行特性分析.利用经验模态分解获得振动信号的本征模态函数,并对本征模态函数进行系数-能量计算,提取系统的特征信息,对汽车齿轮箱的故障进行诊断,从而实现在线监测汽车齿轮变速箱运转工作状态,及时发现齿轮箱的早期故障,提高汽车运行的安全性.仿真研究结果表明经验模态分解方法在故障信息诊断方面是可行的和有效的,并能够提高故障检测的可靠性.     

基于优化VMD和MCKD的滚动轴承早期故障诊断方法

针对滚动轴承早期故障信号易受噪声等背景信息干扰难于提取故障特征的现象,提出了将优化K值的变分模态分解(VMD)和粒子群优化算法(PSO)优化参数L,M的最大相关峭度解卷积(MCKD)相结合提取滚动轴承故障特征频率的方法.首先,确定VMD中K值,对信号进行分解后得到一系列模态分量;然后利用EWK指标选择包含故障信息最多的有效模态分量进行后续分析,利用优化的MCKD对其进行增强;最后对增强信号进行包络解调提取故障特征频率,验证所提方法的有效性.仿真和实验表明该方法可以精确地提取出轴承故障信号中的特征频率,实现故障诊断.     

基于VMD和马氏距离SVM的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承早期故障识别较困难的问题,提出一种基于变分模态分解(VMD)和马氏距离支持向量机(SVM)的诊断方法。首先,采用小波阀值法对原始振动信号进行去噪处理,获得有效的振动信号。其次,根据VMD分解后每个模态的中心频率大小不同,确定最终分解层数。同时,从分解后的变分模态分量中提取能量特征。最后,为了对样本间进行距离度量,将马氏距离引入SVM的高斯核函数计算中,建立了一个基于马氏距离的高斯函数核,用于支持向量机分类器。利用改进的SVM对轴承的运行状态进行识别,实验结果表明所提方法在识别轴承正常状态、内圈、外圈以及滚珠体故障时,具有较高的准确率。     

经验模态分解与RBF神经网络在轴承故障诊断中的应用

针对轴承振动信号的非线性与非平稳性,采用经验模态分解与RBF神经网络相结合的故障诊断方法.首先,采用经验模态分解法对轴承信号进行分解得到各个固有模态函数,提取各个固有模态函数的能量作为故障特征参量,然后将故障特征参量输入RBF神经网络进行训练与测试,实现了智能化的故障模式识别.结果表明,基于该方法的轴承故障诊断系统能够准确地识别外圈裂纹、内圈点蚀和保持架断裂等故障,具有较好的实际工程应用价值.     

一种用于机床角度头故障诊断的双重降噪方法

角度头是数控机床必不可少的加工附件,由于长期处于恶劣的加工工况下,极易受到损坏。采集角度头的振动信号时,环境中大量的随机噪声会湮没故障特征信息,从而造成角度头故障特征提取困难。针对此问题,提出了一种基于总体平均经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition,EEMD）及自相关的双重降噪方法。该方法采用自相关滤波方法对振动信号进行降噪预处理,再对降噪后的信号进行EEMD分解,随后采用遗传算法对EEMD输入参数优化,依据相关峭度系数准则筛选分解得到的固有模态函数（intrinsic mode function,IMF）分量进行信号重构。最后,对重构信号进行时频分析,提取角度头故障特征。对仿真和实测信号分析的结果表明,本文方法能够有效抑制噪声干扰,可准确提取到角度头的故障特征信息,为机床角度头的故障诊断提供依据。     

基于CEEMD-SVD-LSSVM的矿浆管线核心设备故障诊断

针对单向阀振动信号包含背景噪声、故障特征提取困难和诊断准确率不高的问题,提出互补集合经验模态分解(CEEMD)、奇异值分解(SVD)和最小二乘支持向量机(LSSVM)相结合的故障诊断方法.首先,用CEEMD分解单向阀振动信号,并用能量分析法及互相关分析法来选取有用的本征模态函数(IMF).然后,根据SVD法提取相应的故障特征,并输入LSSVM进行故障诊断.通过与集合经验模态分解(EEMD)、支持向量机(SVM)等的比较,表明该方法不仅消除了模态混叠和信号噪声,而且能有效地提取单向阀的故障特征,得到更高的诊断准确率.     

基于经验模态分解的齿轮箱故障特征提取

利用小波去噪阈值法对齿轮箱故障振动信号进行去噪,将经验模态分解(EMD)和快速傅里叶变换(FFT)相结合对齿轮箱故障进行特征提取,此方法适合于对非线性非稳态信号进行自适应的分析.利用小波阈值去噪方法对原始信号进行预处理,将去噪后的信号进行经验模态分解,得到一定数量的本征模态函数(IMF)分量,选取特定的IMF进行FFT,得到相应的功率谱,从而达到提取齿轮箱故障特征频率的目的.对齿轮箱故障信号进行分析,结果表明该方法能够有效地识别出齿轮箱故障特征频率.     

内燃机优化VMD-CWD时频表征与BSNMF编码识别诊断方法

针对内燃机振动响应信号强耦合、弱故障特征的问题,提出一种基于参数优化VMD-CWD内燃机振动时频表征与BSNMF分块编码识别的故障诊断方法.利用变分模态分解(VMD)将内燃机振动信号分解成一组本征模态函数(IMF),并叠加IMF分量信号的Choi-Williams分布(CWD)获得时频聚集性良好,无交叉项干扰的振动谱图像.针对VMD分解过程中的参数选取问题,引入功率谱熵作为目标函数,对VMD的分解参数进行网格寻优,提高了VMD分解的自适应性.为了实现内燃机振动谱图像的自动识别诊断,在稀疏非负矩阵分解(SNMF)的基础上提出一种更容易收敛的分块稀疏非负矩阵分解算法(BSNMF),用来对内燃机振动谱图进行特征提取,并采用支持向量机对提取的特征参数直接进行模式识别.将本文方法应用于内燃机故障诊断实例中,结果表明:该方法能有效提取内燃机振动信号中的微弱故障特征,实现内燃机气门机构故障的自动诊断.     

基于EEMD降噪与二次相位耦合的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承出现故障时故障信号常常被强的背景噪声所淹没,故障特征难以准确提取的问题,提出了一种基于总体平均经验模态分解(EEMD)降噪与二次相位耦合的故障诊断方法.对原始信号进行EEMD分解,通过相关系数-峭度值的大小选取EEMD分解后得到的固有模态函数(IMF).对筛选出来的IMF进行了重构从而达到降噪的目的.对重构后的包络信号进行1.5维谱分析,提取二次相位耦合产生的非线性特征,从而得到滚动轴承故障特征频率信息.通过实测滚动轴承数据验证了该方法可以有效地提取轴承内圈和外圈的故障特征,从而识别轴承的故障.     

改进小波包的滚动轴承故障诊断

小波包分解可以提高信号频率分辨率,但子带信号会出现虚假频率成分,造成严重的频率混叠现象。运用小波包的改进算法和经验模态分解相结合,来检测诊断滚动轴承故障的特征。首先,应用快速傅里叶变换和快速傅里叶逆变换对小波包各子带信号进行处理,并调整滤波器组使子带频带顺序排列。提取含故障频率的子带信号对其进行经验模态分解,以互相关、峭度准则提取故障本征模函数分量,可以避免本征模函数分量选择的盲目性。对仿真信号分析和实例分析的结果表明:该方法能够准确地检测出轴承故障,从而突出该方法的有效性。     

强噪源干扰下的滚动轴承复合故障分离方法研究

针对强背景噪声干扰下的轴承复合故障难以准确分离提取,噪声与复合故障各成分间相互影响容易造成误诊或漏诊的问题,提出基于变分模态分解(VMD)及最大相关峭度解卷积(MCKD)的复合故障分离方法。首先对复合故障信号进行变分模态分解并根据峭度及相关系数准则重构信号作为前置滤噪处理,然后选取合理的滤波器长度及解卷积周期对重构信号进行最大相关峭度解卷积运算以实现故障特征分离,并结合1.5维能量谱强化信号瞬时冲击特征的优点,准确实现复合故障诊断,最后通过噪源干扰下的外圈、内圈复合故障实测信号分析验证该方法的有效性。研究结果表明:VMD方法能够有效滤除噪声干扰,且其滤噪效果比集合经验模态分解(EEMD)方法的滤噪效果好;MCKD方法能够将外圈、内圈故障分离,避免复合故障各成分间的相互干扰;1.5维能量谱能够强化谱图中的瞬时冲击特征。     

基于小波降噪和EMD方法的风力发电系统齿轮箱故障诊断

将小波降噪和经验模态分解相结合,提出一种风电机组齿轮箱故障诊断的方法。先对齿轮故障振动信号进行小波降噪预处理,再进行经验模态分解,对包含故障特征的固有模态函数用Hilbert变换得到包络谱,通过对包络信号做功率谱分析,提取故障特征频率,与未降噪信号处理的结果进行比较,降噪后诊断效果明显。     

参数自适应VMD在高速列车轴箱轴承故障诊断中的应用

针对高速列车轴箱轴承故障特征提取困难和变分模态分解(VMD)参数的人为设置影响分解效果的问题,提出参数自适应VMD轴箱轴承故障诊断方法。首先,以平均包络谱熵为适应度函数,利用麻雀搜索算法自适应地寻找不同工况下的最优模态数K和惩罚因子α;其次,对原始轴承时域信号进行VMD分解,利用快速谱峭度图分析最小包络熵的IMF分量,并根据分析结果对该IMF分量进行带通滤波以增强故障特征;最后,对滤波后信号进行希尔伯特包络解调分析,并将分析结果与理论计算所得特征频率进行对比,对轴箱轴承故障进行分类辨识。研究结果表明：与经验模态分解(EMD)、局域均值分解(LMD)、集合经验模态分解(EEMD)等自适应信号分解方法相比,本文所提方法能更有效地降低噪声的影响,提取复杂耦合工况下轴箱轴承振动信号中的故障特征。     

基于变分态分解与灰狼优化支持向量机的齿轮箱故障诊断

由于行星齿轮齿轮箱的振动信号具有非平稳、非线性特性,在复杂工况下,会对其早期微弱的故障信号造成干扰,不能正确地识别出故障信息。为解决以上问题,采用基于变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)与灰狼优化支持向量机的故障诊断方法。利用中心频率近似方法,求解出了变分模态分解的参数K,对分解出的本征模态函数(intrinsic mode function, IMF)分量进行相关性分析,优选出分量进行信号重构。将重构信号进行故障特征提取,利用灰狼优化支持向量机的方法进行故障模式识别。实验结果表明：采用所提方法对行星齿轮箱的故障识别准确率达到99.375%。     

EEMD结合能量特征和小波降噪的轴承故障诊断

为解决在强背景噪声条件下滚动轴承故障诊断问题,开展基于能量特征和小波降噪的总体经验模态分解(EEMD)研究。首先以仿真信号为研究对象,对其进行总体经验模态分解,得到9个固有模态函数(IMF)和1个余项( Res),然后考虑各模态函数的能量特征,将分解后的9个IMF分量与原始信号的能量比作为判断标准,剔除附加5个低频分量,最终得到4个有效的IMF分量和1个余项,与仿真信号相符。在仿真信号分析的基础上,对含噪声信号的滚动轴承故障信号进行故障诊断试验研究,采集信号经小波降噪后,利用总体平均经验模态分解并结合能量特征,得到3个IMF分量和1个余项,然后对3个IMF分量进行包络谱分析,提取故障特征频率157.5 Hz,与滚动轴承故障内圈特征频率157.9 Hz相比,误差为0.25%,说明该方法能很好地提取含有噪声信号的轴承故障信息。该研究为强背景噪声下滚动轴承故障信息的提取提供了一种有效的方法。