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。     

基于IVMD-CS-LSTM的超短期风电功率预测算法设计

功率预测对提高风电电能质量、减少风电并网时对电网的冲击起着重要作用.针对风电功率数据特征，提出一种基于改进变分模态分解（Improved Variational Mode Decomposition,IVMD）的长短期记忆神经网络（Long-Short Term Memory Network,LSTM）的风电功率预测算法，并利用布谷鸟（Cuckoo Search,CS）算法对LSTM进行超参数寻优.首先，通过相关性分析，对风电场10类数据进行特征筛选，确定与功率相关性最大的两类数据作为模型的输入数据.接着，利用IVMD计算最大包络线峰度，确定变分模态分解的最佳分解参数，将原始风速序列进行分解，得到时间尺度各异的本征模态分量（Intrinsic Mode Functions,IMF）.最后，针对LSTM神经网络模型的超参数优化困难、难以得到最优解等问题，提出采用CS算法对关键超参数进行寻优，建立了IVMD-CS-LSTM预测模型，得到了风电功率短期预测结果.采用实际风电场数据对算法进行测试，与常用预测算法比较，预测结果有更高的精度.     

基于改进变分模态分解的有载分接开关机械状态监测

为提高变压器有载分接开关(On-Load Tap-Changer,OLTC)机械状态智能诊断水平,提出了基于改进变分模态分解(Improved Variational Mode Decomposition,IVMD)-权重散度的OLTC机械状态特征提取方法,以及和声搜索算法(Harmony Search,HS)优化相关向量机(Relevance Vector Machine,RVM)的故障分类方法.本文进行模拟实验测得了多组不同工况下的OLTC机械振动信号,通过IVMD算法将振动信号分解为一系列有限带宽本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF),计算IMF分量与原始振动信号的K-L散度(Kullback-Leibler Divergence,K-L),再乘上权重系数得到权重散度,以权重散度来表征多组OLTC机械振动信号的时频域复杂度.同时构建了RVM多分类模型,并通过和声搜索算法对RVM的核函数选择进行了优化,有效地实现了对于权重散度的分类.实验与数据分析结果表明,本文所提综合诊断方法精度较高,可准确提取机械故障特征,能够为OLTC智能故障诊断提供必要的参考.     

改进的变分模态分解在锚杆和锚固质量检测中的应用

针对锚杆电磁超声信号夹杂的噪声极大地影响有用信息提取的问题,提出基于布谷鸟搜索算法的变分模态分解与独立分量分析相结合的降噪方法;该方法利用布谷鸟搜索算法优化变分模态分解的输入参数,实现信号的最优分解,利用变分模态分解将信号自适应分解为一些模态分量,依据排列熵值对分解的模态进行重构,利用快速独立分量分析算法对重构信号与原信号组成的2路通道进行解混,实现回波信号与噪声信号的分离,并对锚杆和锚固信号数据进行分析。结果表明,与常用的降噪方法相比,该方法有更好的抗噪性和降噪效果。     

基于VMD-ICA-CWT的内燃机噪声源识别方法

提出了基于变分模态分解(VMD)、独立分量分析(ICA)和连续小波变换(CWT)相结合的内燃机噪声源识别算法.首先,对内燃机进行铅覆盖,只裸露待测的第6缸部分,测量裸露部分缸盖位置处的单一通道噪声信号;然后采用变分模态分解算法将其分解为各变分模态分量,并用FastICA算法提取各独立成分,解决了对单一通道噪声信号进行盲分离的欠定问题,同时克服了传统的经验模态分解处理噪声信号时出现的模态混叠缺陷;最后利用连续小波时频分析和相干分析,对分离结果进行进一步识别.研究结果表明:该算法能有效地分离识别出内燃机的燃烧噪声和气阀机构敲击噪声.     

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.     

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.     

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。     

基于变分模态分解的相关能量熵自适应阈值去噪

为有效抑制噪声对地震数据的影响,根据地震信号的时频特性,提出了基于变分模态分解的相关能量熵阈值去噪方法。采用变分模态分解算法将地震信号分解为频率由高频到低频且具有一定带宽的模态分量,计算各模态分量与地震信号的规范化相关系数,实现对各模态分量中的有效信息和噪声的定位。将去除有效信息的各模态分量分成若干子区间,分别计算各子区间的噪声能量熵,选取能量熵最大区间的模态分量系数作为该分量的噪声方差获得该分量的阈值,再将经阈值处理后的各模态分量重构得到去噪信号。通过对合成地震模型和实际地震信号进行去噪处理,并与直接去除高频分量的变分模态分解去噪方法进行了对比,结果表明,该方法能在强噪声环境下更有效地提取地震信号中的有效成分,提高信噪比。     

VMD-Wavelet 联合去噪算法研究与应用

为解决天然气管道运行过程中采集到的泄漏声波信号含有大量噪声的问题, 通过研究小波、 经验模态分解、 变模态分解等常见去噪算法, 分析了泄漏声波信号的特点, 将改进小波阈值去噪和变模态分解去噪相结合, 提出了变模态分解-小波变换(VMD-Wavelet: Variable Mode Decomposition-Wavelet) 联合去噪算法。 利用该算法对典型信号进行去噪运算仿真, 结果表明, 该联合去噪算法性能优于常见算法。 最后, 将 VMD-Wavelet 联合去噪算法应用于实际采集的油气管道泄漏声波信号去噪处理, 研究发现, 该去噪算法对强背景噪声下的泄漏声波信号能取得很高的信噪比改善和很小的均方误差。     

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。     

基于变分模态分解的探地雷达信号分析方法

将变分模态分解方法引入探地雷达信号处理中,针对探地雷达信号非平稳特征,利用变分模态分解原理建立探地雷达信号去噪方法。方法基于变分模态分解将雷达波信号分解为特征模态函数,再由样本熵决定高阶模态是否保留,实现白噪声去除。通过探地雷达Ricker子波和正演模型试验,检验该方法的正确性和有效性。与传统的小波变换、集成经验模态分解方法进行对比,研究探地雷达信号去噪效果,并将该方法用于分析实际工程探地雷达信号。研究表明,该方法能有效去除探地雷达信号中的噪声,在强干扰背景下,能获得高于20 d B的信噪比。     

基于VMD和时空网络变分自编码器的负荷聚类

为了解决用户用电负荷曲线数据维度高、特征提取困难以及序列存在信号模态混叠的问题,本文提出使用变分模态分解（variational mode decomposition,VMD）和改进基于时空网络的变分自编码器（variational auto-encoders,VAE）对电力负荷曲线进行特征提取。通过模态分解得到信号的固有模态,对模态重构得到时序特征较明显的序列信号。再通过长短期记忆网络（long short-term memory network,LSTM）和卷积网络（convolutional neural networks,CNN）组成的时空变分自编码器进行潜在特征提取,并构建网络分类器来联合损失优化自编码器模型。最后使用Minibatchkmeans算法聚类并计算聚类中心。使用UCI数据集中葡萄牙居民用电量作为实验数据,通过实验结果表明经模态分解后通过降维再聚类的算法在戴维斯丁堡指数（Davies-Bouldin Index,DBI）和轮廓系数（Silhouette Coefficient,SC）上表现出较好效果。     

基于改进小波阈值函数和变分模态分解的 电能质量扰动检测

针对强噪声环境下扰动特征提取困难的问题,提出一种基于改进小波阈值函数和变分模态分解的电能质量扰动检测算法.采用改进小波阈值函数滤除电能质量扰动信号的噪声,通过傅里叶变换确定预设尺度,再基于变分模态分解准确地求出电能质量扰动信号的各个本征模态函数,结合Hilbert变换和奇异值分解分别求解每个本征模态函数的振幅、频率、起止时间等特征量,并据此搭建PXI和LabVIEW结合的电能质量扰动检测平台.分别采用单一扰动、复合扰动和电网实际扰动数据验证本文算法的准确性与有效性,相比现有经验模态分解和集合经验模态分解,本文提出算法不仅具有抗模态混叠和虚假分量的能力,且在强噪声环境下仍具有较高的准确性和鲁棒性.     

基于VMD-AR谱的多轴转子系统故障特征信息提取方法

为了解决现有分解方法在近频部分产生模态混叠的问题,提高时变参数模型对故障信号直接诊断的准确性,研究了多轴转子系统的典型故障信号分析方法.提出了基于变分模态分解(VMD)和AR谱相结合的故障特征信号分析方法;采取瞬时频率均值法选取VMD中的分解模式数k.经VMD分解产生固有模态函数(IMFs),采用AR谱对IMFs分量进行特征提取,分析典型故障模式相对应的特征频带.结果表明:基于VMD-AR谱的故障特征提取方法解决了分解模式数k的选取难题,避免k值的经验选取;VMD能够抑制信号分解近频部分的模态混叠,而AR模型克服了Hilbert分离算法存在的加窗效应,在频带划分上具有较强的分辨率.该方法可有效进行故障特征提取,并为改进的粒子群优化算法的混合核支持向量机算法提供特征信息.     

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.      

基于鲸鱼算法优化LSSVM的铣刀磨损监测

为解决铣刀磨损状态监测问题,提出一种改进的鲸鱼算法优化最小二乘支持向量机的状态识别方法.首先,采用变分模态分解处理铣削过程中的振动信号,分解得到的固有模态分量进行特征提取;然后,针对鲸鱼算法易陷入局部最优解、收敛精度低的问题,引入混合反向学习算法和非线性收敛因子进行改进,并采用基准测试函数验证改进后的鲸鱼算法的有效性;最后,将改进的鲸鱼算法优化LSSVM模型应用于铣刀磨损状态识别仿真实验.实验结果表明,相较于粒子群算法与传统鲸鱼算法,改进的鲸鱼算法优化LSSVM具有更高的识别精度.     

磁致伸缩导波技术在纤维增强塑料锚杆中的应用

为了提高纤维增强塑料(FRP)锚杆的缺陷检测精度,将磁致伸缩检测技术应用于FRP锚杆检测,通过镍带与FRP锚杆耦合的方式激发并接收磁致伸缩导波信号;为了解决磁致伸缩导波信号信噪比低、特征不明显的问题,利用变分模态分解(VMD)算法将信号分解为多个模态信号,对各层多模态信号进行滤波后重构,再通过最小均方误差估计(MMSE)增强算法提高信号信噪比。结果表明:经变分模态分解-最小均方误差估计(VMD-MMSE)算法处理后,可提升FRP锚杆反射回波信号的信噪比和信号特征;磁致伸缩导波检测技术可应用于FRP锚杆质量检测,可对有周向缺陷的FRP锚杆长度、缺陷位置进行精确判断。     

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%.     

基于VMD的振动模态固有频率识别

针对机械系统固有频率的识别问题,提出了基于变分模态分解的固有频率识别方法。首先对机械系统的振动加速度响应进行变分模态分解,得到与该机械系统振动行为对应的固有模态函数;利用希尔伯特变换对各阶固有模态函数进行分析,研究各阶瞬时频率的变动趋势,以确定各阶固有频率。以悬臂梁为例,分别采用基于变分模态分解、ANSYS模态分析、经验模态分解、集合经验模态分解的固有频率识别方法对机械系统固有频率进行识别,分析结果表明基于变分模态分解的模态参数识别方法有较好的识别效果。