基于ITD和敏感SVD的故障诊断方法研究

如何在含有噪声的振动信号中提取故障特征,是轴承故障诊断的关键问题,为此本文提出一种基于本征时间尺度分解(Intrinsic Time-scale Decomposition,ITD)和敏感奇异值分解(Sensitive Singular Value Decomposition,SSVD)的故障诊断方法.首先对时域振动信号进行ITD预处理,并根据峭度准则选取包含故障信息的敏感旋转(Proper Rotation,PR)分量用于振动信号重构,以凸显振动信号局部特征;然后对此时频信号进行敏感SVD分析,通过敏感因子及定位因子选择敏感SVD分量重构信号,以滤除噪声干扰,提取微弱故障信息;最后利用Teager-Kaiser能量算子(Teager-Kaiser Energy Operator,TKEO)计算故障信息的瞬时能量,并对其进行频谱分析,获取故障特征频率,用于识别故障类型.将此方法应用于轴承故障诊断,实验证明了所提方法的有效性.     

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MCKD与CEEMDAN的声信号故障特征提取方法

在双转子轴承状态监测与故障诊断中,信号传递路径复杂,很难通过加速度传感器直接获得信号,而声音信号有非接触式测量的优势,包含大量特征信息.为了能够准确、有效地通过声音信号实现滚动轴承故障诊断,检测出轴承故障,提出了基于自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)和最大相关峭度解卷积(MCKD)的滚动轴承故障诊断方法.首先运用最大相关峭度解卷积方法增强轴承故障声音信号中的冲击,然后对处理后的信号进行CEEMDAN处理,计算每个经验模态分量的峭度值,根据峭度值选取最优分量并求Hilbert包络谱,以准确提取故障特征频率.文中采用该方法基于声音信号实现滚动轴承故障诊断,为提取最优分量提供了理想筛选标准,一定程度上降低了故障诊断的复杂程度,具有良好的自适应性.     

基于变分模态分解与独立分量分析的轴承故障特征提取方法

针对滚动轴承早期故障振动信号能量小且易受背景噪声干扰,从而导致故障特征提取困难等问题,提出基于变分模态分解(VMD)与独立分量分析(ICA)相结合的故障特征提取方法;该方法首先将原始故障信号进行VMD,得到若干正交的本征模态分量(IMF),然后依据峭度准则对分解后的信号进行分组重构,作为ICA的输入矩阵,最后采用Fast ICA算法实现故障信号与噪声信号的分离,从而提取机械故障特征信息;将轴承故障数据作为研究对象进行故障特征提取,并与集成经验模态分解-独立分量分析(EEMD-ICA)方法对特征信号的提取效果进行对比。结果表明,基于VMD与ICA的轴承故障特征提取方法提高了分解效率,解决了信号易受噪声干扰的问题,实现了轴承故障的精确诊断。     

广义变分模式分解降噪在齿轮早期故障诊断中的应用

针对齿轮早期故障特征的微弱性和耦合性,本文提出广义变分模式分解(generalized variational mode decomposition, GVMD)-峭度-包络谱法诊断齿轮故障。首先利用GVMD的频域多尺度定频分解属性,根据齿轮故障频谱信息和信号特点设置GVMD主要参数,按需分解信号,准确获取微弱特征分量,避免VMD对微弱特征提取存在的不足和小波包变换能量泄漏引起的微弱特征混淆问题。然后结合峭度准则和齿轮故障频率信息选择故障冲击分量,融合更多故障信息重构降噪信号。最后对降噪信号进行包络解调分析,实现齿轮故障诊断。实际信号分析表明,由于GVMD能够按需获取微弱特征分量,本文所提方法能够获得更丰富的微弱故障信息准确识别齿轮早期故障位置。     

基于自适应局部迭代滤波和能量算子解调的滚动轴承故障特征提取

为了提高滚动轴承的故障特征提取可靠性,该文提出了一种基于自适应局部迭代滤波(Adaptive local iterative filtering,ALIF)和能量算子解调的滚动轴承故障特征提取的方法。该方法首先利用ALIF将轴承的故障振动信号分解为若干个本征模态函数(Intrinsic mode function,IMF)分量,然后对包含故障信息最多的分量进行能量算子解调,得到分量的包络谱来提取轴承的故障特征。仿真结果表明:ALIF能够准确获取IMF分量,解决经验模式分解(Empirical mode decomposition,EMD)带来的模式混叠问题,结合能量算子解调方法能更好地凸显故障信号的包络谱特征,有效地提取轴承故障特征频率。     

基于形态滤波优化算法的滚动轴承故障特征提取方法

针对轴承故障振动信号的非线性、非平稳性的特点,而且故障信号经常被各种噪声、干扰所淹没,提出了一种基于局部均值分解(local mean decomposition,LMD)与自适应多结构元素多尺寸差值形态滤波器相结合的方法。原始故障信号先经过局部均值分解得到若干乘积函数(product function,PF)分量,然后采用峭度值准则,选取峭度值最大的PF分量,再将其经过自适应多结构元素多尺寸差值形态滤波器进行滤波解调,最后解调结果进行频谱分析,提取故障特征。为了体现其可行性和优越性,与包络解调、LMD-形态闭运算和LMD-形态差值滤波三种方法进行了比较,仿真信号和实测轴承故障信号的分析结果表明,它具有更强的噪声抑制和脉冲提取能力,可以有效地提取滚动轴承故障特征信息,实现故障的精确诊断。     

EEMD-SVD方法及其在高速列车滚动轴承故障诊断中的应用

结合聚合经验模态分解(Ensemble empirical model decomposition,EEMD)优秀的非平稳信号分解能力和奇异值分解(Singular value decomposition,SVD)的强去噪能力,提出了一种高速列车滚动轴承故障检测的新方法。该方法是应用EEMD对轴承轴箱位置的振动信号分解得到基本模式分量(Intrinsic Mode Function,IMF),对IMF矩阵做SVD得到正交化结果,分别利用各奇异值重构信号,应用各特征信号的Hilbert包络解调处理得到的包络谱诊断轴承故障类型。利用仿真信号数据和人工伤轴承试验数据对该方法进行验证,结果表明,该方法能有效提取轴承的故障特征信息,特征波形清晰准确,相比传统EEMD方法,在强噪声干扰时故障特征的诊断能力得到了显著提高。     

基于DTCWT与GA改进稀疏分解的轴承故障诊断

为解决滚动轴承故障信号信噪比低、故障特征难以提取的问题,提出一种双树复小波分解(DTCWT)与遗传算法(GA)相结合的改进稀疏分解方法.首先,采用双树复小波对轴承振动信号进行分解,并结合峭度最大准则提取包含冲击特征的最优分量,对该分量进行稀疏重构,实现强噪声信号的深度降噪、故障冲击特征的重构;然后,针对稀疏分解在处理高维复杂信号时计算效率低的问题,使用遗传算法优化基于匹配追踪(MP)算法的寻优过程,提升信号的重构效率;最后,提出基于残差信号包络熵的终止准则以合理选取迭代次数.经仿真与实验验证,与传统的稀疏分解相比,该方法能在强噪声背景下自适应地提取故障信号中的冲击特征,实现滚动轴承的故障识别.     

基于非局部均值去噪和快速谱相关的滚动轴承早期故障诊断方法

针对如何从非线性、多分量、强背景噪声的滚动轴承早期故障振动信号中有效提取出微弱故障特征并准确判断故障类型,提出基于非局部均值去噪和快速谱相关的故障诊断方法。首先利用非局部均值去噪算法对原始振动信号进行降噪预处理,提高信号信噪比。然后,对降噪信号进行快速谱相关分析,增强信号中的周期成分,获得快速谱相关谱及其对应的增强包络谱。最后,将增强包络谱中幅值突出的频率成分与故障特征频率进行对比,判定故障类型并实现故障诊断。使用本文提出方法对仿真故障信号、实验故障信号进行分析。研究结果表明:相较于快速谱相关方法、谱峭度结合非局部均值去噪方法以及非局部均值去噪结合经验模态分解方法,本文提出方法可以抑制轴承早期故障振动信号中的背景噪声,有效提取出微弱故障特征,准确判断故障类型,避免出现误诊。     

基于ITD与改进MCKD的滚动轴承故障诊断方法

为研究滚动轴承早期微弱故障特征提取以及最大相关峭度解卷积(MCKD)的参数对诊断效果的影响,提出了一种基于固有时间尺度分解(ITD)与改进最大相关峭度解卷积(IMCKD)相结合的轴承早期微弱故障诊断方法(ITD-IMCKD).首先,运用ITD算法对故障信号进行分解,按峭度相关系数准则重构信号;其次,利用灰狼优化(GWO...     

基于ITD和模糊聚类的齿轮箱故障诊断方法

为提高齿轮箱故障诊断的准确性与效率,针对其振动信号非线性和非平稳性的特点,提出将固有时间尺度分解(ITD)和模糊聚类(FCM)相结合的齿轮箱故障诊断方法。首先对齿轮箱振动信号进行固有时间尺度分解,提取包含主要故障信息的前4个固有旋转分量(PRC),求取PRC的特征能量作为故障特征向量。然后利用模糊C-均值聚类算法对齿轮箱故障进行识别与诊断,并将该方法应用到现场齿轮箱的诊断中。结果表明,诊断结果与实际情况完全相符,该方法比经验模式分解与模糊聚类相结合的方法具有更高的计算速度和精度,为齿轮箱故障诊断提供了一种新的有效方法。     

基于FSK-CNN的轴承故障诊断研究

在旋转机械设备的运维保障过程中，采用基于专家经验的传统故障检测方法难以对轴承的健康状态做出实时的状态检测。针对这一问题，本文提出一种基于快速谱峭度与卷积神经网络（FSK-CNN）的故障诊断方法。首先采用快速谱峭度（FSK）法对振动信号进行特征提取，将一维时域信号转化为二维的谱峭度图；之后，采用一种结合卷积注意力模块（CBAM）的卷积神经网络模型完成故障分类。试验结果表明，快速谱峭度法可以有效提取轴承振动信号故障特征，引入卷积注意力模块对传统卷积神经网络模型具有明显的优化作用，FSK-CNN的故障诊断方法对于10种不同的轴承故障类型的诊断准确率可以达到99%。     

改进Hilbert-Huang变换的滚动轴承故障诊断

以自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)为基础,提出了一种改进的Hilbert-Huang变换(HHT)时频分析法。对滚动轴承振动信号进行CEEMDAN获得一组本征模态函数(IMF)。通过自动提取敏感IMF算法,筛选特征敏感IMF分量,计算特征敏感IMF分量的Hilbert包络谱和HHT二维时频谱,提取故障特征频率信息。研究结果表明:CEEMDAN算法有效降低了模态混叠,比经验模态分解(EMD)算法和集合经验模态分解(EEMD)算法具有优越性。将改进的HHT与自动提取敏感IMF算法相结合,可以有效分解信号的特征信息,筛选出含有故障特征信息的敏感IMF,剔除背景噪声和无故障IMF的干扰,有效提取轴承振动的故障特征频率,诊断出轴承故障的发生部位。     

基于改进Autogram的滚动轴承故障诊断

针对Autogram以无偏自相关峭度指标选取解调频带时易出现不准确、故障诊断困难的问题,将平方包络负熵引入Autogram中,结合平方包络负熵受噪声影响小且能衡量周期冲击成分的优点,提出一种采用平方包络负熵指标选取最优解调频带的改进Autogram方法.首先采用最大重叠离散小波包变换(MODWPT)对轴承振动信号进行频带分解,再计算每个频带信号的平方包络负熵,将平方包络负熵最大的频带作为最优解调频带,最后通过分析最优解调频带平方包络谱的频率成分来诊断轴承故障类型.将轴承故障实验信号分析结果与Autogram、快速谱峭度方法对比,结果表明,改进Autogram方法在解调频带的选取上更为合理,所提取的故障特征频率更明显,轴承故障诊断更准确.     

基于小波包分析与互补集合经验模态分解的轴承故障诊断应用

针对滚动轴承早期故障信号特征微弱且难以提取的问题,提出结合小波包分析与互补集合经验模态分解的故障诊断方法;凭借小波包在分解时能处理噪声的功能,通过预处理振动信号初步消除噪声,然后利用互补集合经验模态分解得到各本征模态函数分量,并结合快速谱峭度的频带范围和相关系数计算,从而筛选出真实分量用以重构获得有效的故障特征信号。结果表明,该方法能较好地识别并提取目标轴承的故障特征信息,具有一定的可行性和有效性。     

基于包络切片谱和时频谱的轴承故障诊断

为了有效提取轴承故障信号的故障特征以及更好地显示其时频特性,提出了基于局部均值分解(LMD)的包络切片谱分析及时频分布方法。首先,使用LMD对轴承故障信号进行分解得到一组PF分量。然后,对各PF分量的包络信号(瞬时幅值)进行切片谱分析。同时,由PF分量的瞬时频率和瞬时幅值获得各PF分量的时频分布。实测轴承故障信号的LMD包络切片谱分析及时频分布结果表明,LMD包络切片谱可准确获得内圈故障轴承和外圈故障轴承的故障特征频率,LMD时频分布可更直观地显示轴承故障信号的时变瞬时特性,可用于辨别轴承的故障形式。     

形态分量分析在滚动轴承故障诊断中的应用

滚动轴承局部故障振动信号中的周期性冲击是识别故障的关键特征.形态分量分析在由多种形态原子组成的过完备字典基础上提取信号中的不同形态成分,基于这种思想提出了一种基于新型过完备复合字典的形态分量分析方法.依据滚动轴承故障振动信号中分量间的形态差异性,改进字典后该方法可以更具针对性地提取出包含故障特征的冲击分量,配合包络谱分析准确提取故障特征频率,诊断滚动轴承局部故障.对比基于快速谱峭度法的轴承故障诊断方法,该方法可以避免人为选择共振带产生的不准确性和非最优问题,提高了故障诊断效果.通过轴承仿真信号和故障实验信号分析验证了该方法的有效性.     

VMD的时频特性及其在滚动轴承故障诊断中的应用

针对在强噪声干扰下的滚动轴承早期故障振动信号信噪比低导致故障特征提取困难的问题,提出了基于变分模态分解和Teager能量算子包络解调的滚动轴承故障诊断方法.该方法首先利用VMD算法对故障信号进行分解成若干不同频率的本征模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF);通过峭度准则筛选出峭度值最大的IMF,将其作为故障特征最敏感分量;利用Teager能量算子解调算法对该分量进行包络解调分析,提取调制故障特征.将该方法应用到仿真信号和滚动轴承故障振动信号分析当中,同时与EMD、小波变换方法进行了比较.结果表明,该方法提高了信号的分解效率,在噪声鲁棒性和抑制模态混叠方面具有良好的性能,能够实现滚动轴承故障的精确诊断,具有一定的理论研究意义和工程实用价值.