基于VMD与改进DAE人车地震动包络信号识别算法

摘　要解决对野外环境中低信噪比的人车地震动信号进行分类时传统模式识别方法应用不便,以及识别率较低的问题,通过基于包络检波、变分模态分解（VMD）和改进的深度自编码器（DAE）的特征提取算法研究了针对该类信号的处理方法和特征提取方法。首先对目标的地震动信号进行希尔伯特变换,获取信号的平滑包络线,然后对包络线进行变分模态分解,并用相关系数对分解得到的IMF信号进行筛选,并将相关度较高的分量加权合成为高信噪比的中间信号,再对其使用改进的深度自编码器中进行特征提取。最后使用泛化性能好的随机森林算法对信号进行分类,从而实现对人车目标的识别和分类。结果表明：该算法对两类目标综合识别正确率较其他传统算法有较大提高。可见该算法针对该类目标有应用价值。     

基于GA优化的VMD-SVM识别角度头故障特征

提出一种基于遗传算法优化的变分模态分解（variational mode decomposition,VMD）-支持向量机（support vector machine,SVM）方法来识别机床角度头故障特征。首先采用遗传算法对VMD算法的输入参数进行优化,将优化后的VMD算法用于振动信号的分解,得到各本征模态函数（IMF）后,求得对应的能量熵;然后通过SVM算法筛选出有效故障数据,再利用峭度和相关系数相结合的方法将其中的IMF筛选出来并重构信号;最后,对该信号作频谱分析,分析相关特征信息,识别并诊断出故障。根据仿真和实验结果,所提方法对于故障角度头的有效信号筛选正确率高,对于噪声抑制效果良好,特征提取快速有效,可用于机床故障诊断领域。     

基于GA优化的VMD-SVM识别角度头故障特征

提出一种基于遗传算法优化的变分模态分解（variational mode decomposition,VMD）-支持向量机（support vector machine,SVM）方法来识别机床角度头故障特征。首先采用遗传算法对VMD算法的输入参数进行优化,将优化后的VMD算法用于振动信号的分解,得到各本征模态函数（IMF）后,求得对应的能量熵;然后通过SVM算法筛选出有效故障数据,再利用峭度和相关系数相结合的方法将其中的IMF筛选出来并重构信号;最后,对该信号作频谱分析,分析相关特征信息,识别并诊断出故障。根据仿真和实验结果,所提方法对于故障角度头的有效信号筛选正确率高,对于噪声抑制效果良好,特征提取快速有效,可用于机床故障诊断领域。     

基于二次模态分解的LSTM短期电力负荷预测

为进一步提高短期电力负荷的预测精度,需要更深层次发掘负荷数据中隐藏的非线性关系。提出一种基于信号分解技术的二次模态分解的长短期记忆神经网络(long short-term memory network, LSTM)用于电力负荷的短期预测。所提算法先对原始负荷序列进行自适应噪声的完全集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise, CEEMDAN),再将CEEMDAN分解后分量中的强非平稳分量进行变分模态分解(variational mode decomposition, VMD),同时用中心频率法对VMD分解个数进行优化,然后将两次分解后得到的负荷子序列送入LSTM中进行预测,并将所得分量预测结果进行叠加。结果表明,本文所提方法对短期电力负荷预测结果精度和模型性能都有较大提升。     

基于时空多维的VMD-GAT-Attention短时交通流量组合预测模型

文章针对短时交通流量时空依赖性、非线性的特点,为提高交通流量的预测精度,将时间建模和空间建模相结合,提出一种整合改进的变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)结合图注意力网络(graph attention networks,GAT)与注意力模型搭建的组合预测模型.在时间维度上,利用改进粒子群算法(improved particle swarm optimization,IPSO)优化的变分模态算法分解交通流量,保证了VMD的充分分解,并得到相对平稳的交通流量序列,提高了组合模型的预测精度;在空间维度上,构建有效分解模态与原交通流量序列的GAT,提取不同时间序列中各交通节点之间的空间信息;引入注意力机制提高主要时空信息权重,降低次要时空信息权重,进一步提升了组合模型的预测精度.实验结果表明,该组合模型比IPSO-VMD-GAT-Attention模型以及VMD-GAT-Attention模型的均方根误差分别下降了31％ 和21％,而且对于VMD-GAT模型和GAT模型,均方根误差分别从14.1231和9.9136下降到2.2928,说明该模型达到较好的预测效果.     

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%。     

计及误差修正的VMD-LSTM短期负荷预测

精确地短期负荷预测为电力系统经济调度和机组最优负荷分配交易奠定基础。因此,提出了一种将变分模态分解（variational mode decomposition,VMD）和长短期记忆神经网络（long short-term memory,LSTM）结合的短期负荷预测模型,并使用支持向量回归（support vector regression,SVR）构建修正后的误差序列对初始预测序列补偿。首先,运用VMD算法将非平稳的负荷序列分解为多个相对平稳的模态分量;然后,将每个模态分量输入LSTM模型进行预测,并将各分量预测结果合并得到VMD-LSTM的预测结果;最后将残差值输入SVR模型中构造误差序列,来修正后一日的VMD-LSTM预测结果。通过实际案例测试,实验结果对比其他模型结果有更低的预测误差,证明所提方法的有效性。     

基于VMD-DE的混沌网络流量组合预测研究

文章针对网络流量时间序列的预测问题,提出一种基于变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)-分散熵(dispersion entropy, DE)的多尺度组合预测方法。首先对流量样本数据进行混沌特性分析,使用改进的VMD-DE方法对流量数据分解重构,减少周期性流量序列预测的随机性和计算复杂度;然后采用改进鸡群优化算法(chicken swarm optimization, CSO)优化Elman神经网络与最小二乘支持向量机(least squares support vector machine, LSSVM)的多尺度模型,分别对重组后的高频、中频和低频序列进行预测;最后对各预测值求和。通过实际流量数据的仿真和对比实验,证明基于VMD-DE的混沌网络流量组合预测模型具有良好的适应性和预测效果。     

基于BAS优化堆栈稀疏自编码器的轴承故障诊断

针对复杂工况下轴承载荷的时变非平稳性,文章提出一种基于天牛须搜索(beetle antennae search, BAS)算法优化堆栈稀疏自编码器的轴承故障诊断方法,以解决复杂工况下难以快速准确判断轴承故障类型的问题。首先,通过对轴承振动信号进行时域、频域特征提取和变分模态分解,得到其固有模态函数,提取其时域、频域和固有模态函数的44个特征构建数据集,作为机器学习诊断网络的输入;其次,通过稀疏自编码器二次特征提取获得更加典型的特征,同时引入BAS算法对堆栈稀疏自编码器的稀疏惩罚因子进行自适应选取以获得最优分类模型;最后,通过Softmax分类层实现对滚动轴承的故障诊断分类。试验结果表明,该方法不仅在平稳载荷下具有很好的轴承故障分类能力,而且在时变非平稳性载荷以及不同测试数据量下仍然具有较好的故障分类效果。     

基于VMD-GRU网络大型公共建筑冷负荷预测

基于冷负荷时间序列固有的复杂性和不规则性,针对预测过程中容易出现梯度消失、模态混叠和过拟合等问题,提出一种集成变分模态分解（variational mode decomposition,VMD）和门控循环单元网络（gated recurrent unit,GRU）的VMD-GRU模型。对原始数据进行相关性分析,挑选出相关性高的进行预测;使用VMD将原始数据序列分解为独立固有模式函数;使用GRU对每个分量进行预测;将分量预测结果相加得出冷负荷预测值。为验证模型的有效性,以西安某大型公共建筑为例进行能耗分析,并与BP、 GRU、EMD-BP、VMD-BP、EMD-GRU等其他预测模型进行对比。实验结果表明,提出的VMD-GRU模型可有效解决梯度消失、模态混叠和过拟合等问题,预测精度显著提高,预测效果优于其它预测模型,符合大型公共建筑冷负荷的变化规律,为节能优化提供有力数据支撑。     

基于VMD-DBN的滚动轴承故障诊断方法

为揭示滚动轴承故障振动信号的典型特征规律,结合变分模态分解(VMD)与深度置信网络(DBN)的优势,提出轴承振动信号特征的提取方法.将信号先进行基于VMD的分解,根据各模态分量频谱图确定其模态参数,得到若干个模态分量.然后,基于DBN强大的特征提取能力,采用DBN无监督特征提取方法,将得到的模态分量映射到一维,并融合各分量的DBN特征形成特征向量,将其作为粒子群优化支持向量机(PSO-SVM)的输入进行故障诊断.实验验证与对比分析证明了VMD-DBN方法的可行性与优越性.     

基于VMD改进算法的气体管道泄漏检测

为提取气体管道声波信号中的泄漏成分并进行重构,提出一种结合VMD( VMD: Variational Mode Decomposition) 和误差能量算法的特征提取方法。该方法首先利用油气管道泄漏检测系统模拟气体管道的微小泄漏,并采集泄漏声波信号; 然后利用VMD 算法将采集到的泄漏声波信号分解为一系列带宽受限的固有模态;随后,使用误差能量算法选择有效模态; 最后,利用有效模态进行信号重构。通过仿真分析发现,该改进算法可以提取有效模态,利用该方法处理气体管道微小泄漏声波信号,能有效滤除噪声并重构原始信号。     

基于GOA优化支持向量机滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承早期故障难以辨别,提出了一种采用变分模态分解法(visual molecular dynamics, VMD)提取特征,基于蚱蜢算法(grasshopper optimization algorithm, GOA)和优化支持向量机(support vector machines, SVM)的故障诊断方法。首先采用贪心策略预处理滚动轴承的振动信号数据,然后基于变分模态分解处理振动信号数据得到多个本征模态分量(intrinsic mode function, IMF),其次计算各IMF分量的能量和相关时频特征构成多模态特征矩阵,最后利用蚱蜢算法优化的支持向量机进行故障的诊断和识别。通过实验测试大量数据得出的滚动轴承故障诊断结果表明VMD-GOA-SVM不仅可以识别滚动轴承不同的故障类型,同时相比传统方法亦有较高的准确度和运行效率。     

改进变分模态分解在发动机气门间隙异常故障诊断中的应用

基于振动监测信号的故障诊断技术,对于船舶、油气田、核电等关键领域中大型高速柴油机的健康管理和智能运维具有重要意义。针对柴油发动机气门间隙异常故障,提出了基于振动数据驱动的故障诊断方法。首先,提出模态数量和惩罚因子均为自动优选的改进变分模态分解（VMD）方法,克服了传统VMD方法中上述参数需凭经验预设的缺点;进一步,对VMD分量进行多域特征提取,利用核密度估计方法进行特征敏感性的排序和选择;最后,构建全连接网络分类模型,将优选后的故障敏感特征通过分类模型进行故障识别。利用故障模拟实验台验证了不同工况下的气门间隙异常数据,结果表明本文所提的基于改进变分模态分解的气门间隙异常诊断方法故障识别率超过86%,具有良好的应用效果。     

基于二次分解与LSTM的金融时间序列预测算法研究

现有结合特征提取与预测模型的方法不能准确把握金融时间序列的混沌性与交互性,导致预测精度不高。针对此问题,提出一种基于二次分解与长短期记忆(long short term memory, LSTM)网络的金融时间序列预测算法。使用变分模态分解方法与集成经验模态分解方法依次解析金融时间序列数据,得到能表达数据混沌性特征的模态;将模态信息输入到融合有因子分解机(factorization machine, FM)的长短期记忆网络模型中,融合获取到的长记忆性特征与交互性特征,进而预测最终的结果;选取沪深300指数的历史数据作为实验数据集,通过多组对比实验验证算法的有效性。实验结果表明,提出的算法可以有效提升模型的预测能力,同时表达金融时间序列的混沌性、长记忆性、交互性。     

一种优化的VMD算法及其在语音信号去噪中的应用

针对非连续、 非平稳语音信号中含有噪声的问题, 提出一种基于参数优化的变分模态分解去噪算法. 首先, 利用灰狼优化算法搜寻变分模态分解算法的最优分解参数组合——分解模态数K和惩罚因子α, 通过使用获得的参数组合分解语音信号以获得K个特征模态函数分量IMF; 其次, 利用相关系数选择有效模态分量, 并用小波阈值处理无效模态分量; 最后, 重构小波阈值处理后的模态分量和有效模态分量以对语音信号进行去噪. 实验结果表明, 该算法与其他经典算法相比能有效提升信噪比, 降低均方误差, 提高语音信号的质量.     

基于鲸鱼优化算法的VMD-NLM脉搏信号滤波算法研究

针对采集到的脉搏波信号中存在基线漂移和高频噪声等干扰,导致后续病理研究分析困难、测量精度相对较差的问题,提出了一种改进的变分模态分解和非局部均值降噪结合的滤波算法。针对变分模态参数选取不同对结果存在不同影响的问题,采取鲸鱼优化算法自适应选取合适的参数,并根据排列熵结果筛选模态分量,对噪声分量进行非局部均值滤波,最后将信号重构,实现对脉搏波信号的噪声去除。实验结果表明：含噪信号经过改善后的滤波算法处理后,其信噪比与均方根误差均优于其他降噪方法,证明该算法能够有效地滤除信号的噪声,有助于脉搏波的分析处理。     

基于自适应变分模态分解的佤语孤立词共振峰估计

基于变分模态分解算法实现对语音共振峰的提取,针对其存在共振峰合并和虚假峰值2个主要问题,通过对分解模态数、平衡约束参数的分析,提出了自适应变分模态分解法.并从的正交性、能量保存度2个方面证明了该方法的可行性;最后,利用该方法实现对佤语共振峰的估计.实验结果表明,基于自适应变分模态分解对佤语孤立词的共振峰估计平均正确率可达85.50%.