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。     

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。     

一种频域多路径电磁干扰对消方法

针对实际环境中背景干扰相关性差导致干扰对消误差较大的问题，提出一种频域多路径电磁干扰对消方法。利用变分模态分解(VMD)的分频特性将两通道信号分解为多个具有相同中心频率和分解带宽的模态信号，利用分解后的模态信号构造多路径干扰对消系统。然后利用反向传播(back propagation, BP)神经网络对每一路径上的信号进行非线性拟合并对消，从而获得真实的被测设备(EUT)辐射发射信号。结果表明，与真实EUT辐射发射信号相比，所提方法得到的EUT辐射发射信号功率误差低于1 dB且信号相关性高于96%;与变步长LMS算法、EMD-LMS算法相比，功率误差至少降低3.6 dB,信号相关性至少提高15%。所提方法对在开阔场中大型、可移动的EUT电磁辐射发射原位测试研究具有参考价值。     

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。     

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.      

基于变分模态分解和神经网络的风速组合预测

风速预测在风能开发和利用中起着关键作用,然而风速序列往往存在强波动性和非平稳性的特征。为了提高风速预测的精度,文章提出变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)和神经网络相结合的风速组合预测模型。首先采用变分模态分解将风速序列分解为若干不同频率的子序列;其次计算各子序列的样本熵(sample entropy, SE)以量化复杂程度,引入熵值法建立神经网络组合预测模型,对复杂度较高的分量采用神经网络组合预测模型,其余分量采用支持向量机(support vector machine, SVM)模型进行预测;最后将各分量预测结果运用BP神经网络拟合得到最终预测值。针对北京测风塔实测样本进行建模预测,验证所提出预测模型的可行性,并与6种不同风速预测组合模型开展对比分析,证明所提出的预测模型具有更好的鲁棒性和预测精度。     

基于游程判别法和VMD残差修正的风电功率预测

为了提高风电功率预测准确性,提出一种基于频率游程判别法和变分模态分解（VMD）残差修正的风电功率超短期预测模型.采用变分模态分解将原始风电功率序列分解,得到一系列不同中心频率的子序列,再利用序列之差提取残差序列,残差序列继承原始序列噪声分量与分解被屏蔽的真实分量,呈现波动性大,非线性复杂和不平稳的特点,采用t-SSAL...     

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CEEMDAN多尺度模糊熵和SSA-BP神经网络的VP型垂直摆倾斜仪故障辨识

针对现有倾斜仪故障记录的甄别与分类主要依靠人工经验,诊断过程繁琐及诊断精度不高的问题,充分利用信号分解技术的特征升维与机器学习模型的快速自动分类等优势,提出一种结合完备集成经验模态分解（Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN）多尺度模糊熵和麻雀搜索算法（SSA）优化BP神经网络的VP型宽频带垂直摆倾斜仪故障自动诊断方法。该方法首先将故障数据归一化,利用CEEMD分解信号得到本征模态函数（IMF）的多尺度模糊熵,然后基于麻雀搜索算法（SSA）优化BP神经网络的权值与阈值,得到最佳权值和阈值,最后应用SSA-BPNN模型对倾斜仪故障特征数据进行辨识。实验表明:CEEMD多尺度模糊熵判据具有良好的倾斜仪故障特征区分效果;SSA-BP神经网络模型在准确率和召回率上,相比BP模型分别提高4.758 1、6.321 6个百分点,辨识过程更稳健,弥补了VP型倾斜仪在故障智能识别领域的空白。     

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。     

一种基于VMD-PSO-SVM的短期风电功率预测算法

基于风场数据,利用风电机组功率特性曲线,采用支持向量机（Support Vector Machine,SVM）非线性拟合方法,设计了一种基于变分模态分解（Variational Model Decomposition,VMD）的粒子群优化支持向量机短期功率预测算法.首先,通过VMD将原始风功率序列分解为多组平稳的固有模态函数和趋势项,对风电功率数据进行预处理;其次,利用粒子群算法优化（Particle Swurm Optimization,PSO）支持向量机参数,建立VMD-PSO-SVM组合预测算法模型,对每组固有模态函数和趋势项进行预测,得到多组预测结果,再将其重组,得到功率预测结果;最后,将预测结果与其他预测算法进行对比,结果表明预测精度更高.     

基于EMD与BP神经网络的中国股票指数期货价格预测

应用经验模态分解算法（EMD）和BP神经网络理论提出了我国股指期货市场价格走势预测模型。首先应用EMD分解算法把股指期货价格序列分解成不同尺度的内禀模态分量（IMF）,再通过重复试验的方法运用BP神经网络对股指期货价格序列和分解得到的所有IMF的数据序列进行训练,得到股指期货价格的预测模型,并对股指期货价格进行预测。实验表明,通过该方法得到的预测值与股指期货的实际价格有着很高的拟合度。     

VMD与Cohen核结合的时频分布交叉项抑制方法

在非平稳信号时频分析中,使用Cohen核所得时频分布的交叉项抑制与时、频分辨率难以兼顾。针对此,提出一种将变分模态分解（VMD）与Cohen核相结合的时频分析方法。首先对信号进行VMD分解,得到一组具有不同频率成分,相互独立的固有模态函数（IMF）分量,然后对每个IMF分量进行Cohen核时-频变换,再线性叠加重构出原始信号的时频分布。通过仿真分析,结果表明：该方法可以在保持时频分布中较高时、频分辨率的基础上,有效消除交叉项的干扰。     

PSO VMD结合Teager包络谱的滚动轴承 故障诊断方法

为了解决VMD方法在处理非平稳信号时,人为确定输入参数会影响模态分解精度的问题,提出一种基于PSO算法优化VMD输入参数的PSO VMD方法,用于滚动轴承故障信号的模态分解,并使用Teager能量算子(TEO)对模态分解结果进一步计算,得到各模态分量的Teager包络谱.通过滚动轴承内环单点故障、外环单点故障和滚子单点故障实测振动故障信号的模态分解与故障诊断,验证PSO VMD方法的有效性和实用性.     

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.     

电池储能系统SOC神经网络融合估计方法

为了更好地获取电池储能系统当前的运行状态，提出了基于神经网络融合的电池储能系统SOC估计方法.首先，对比分析了前馈（BP）、门控循环单元（GRU）和长短时记忆（LSTM）神经网络算法的优劣，BP计算时间较短，LSTM对时序数据估计精度较高；然后，利用KL散度、皮尔逊相关系数和灰色关联度分析了不同输入参量和SOC的相关程度，并和LSTM估计结果相比对，筛选出对电池储能系统SOC影响较大的特征参量；最后，应用经验模态分解算法将SOC数据分解为多个分量，利用样本熵将分量聚合为高低两个频段，进而应用BP、LSTM神经网络算法分频段估计，和单一策略相比，该方法在提高SOC估计精度的同时，减少了计算时间.     

基于ESMD-BP神经网络组合模型的中长期径流预报

径流预报的精度直接关系到流域水资源优化配置与综合利用的效益最大化.针对径流序列非线性、非平稳、直接预测精度低的特点,首次利用具有自适应性特点的极点对称模态分解(Extreme-point Symmetric Mode Decomposition,ESMD)方法对径流序列平稳化处理,结合可逼近任何非线性映射的误差反向传播网络(Back Propagation Neural Network,BP神经网络),建立ESMD-BP神经网络组合预报模型,并将其应用于黄河上游龙羊峡水库入库站唐乃亥站月径流和旬径流预报.首先,利用ESMD方法将径流序列中不同尺度的分量和趋势分量逐级提取出来,甄别了大尺度循环和非线性趋势;进而,分析径流周期和趋势变化规律;然后,利用BP神经网络将非平稳径流序列的直接预测转化为平稳的模态分量和趋势余项的预测,加和重构得到最终预测结果.并与单一BP神经网络、经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)与BP神经网络组合模型作对比,结果表明:ESMD-BP神经网络组合模型的预报误差最小、预报精度最高.组合模型为"分解→预测→重构"模式,结合了EMD数据自适应分析和BP神经网络非线性映射的优点,提高了径流预报的准确率,为水文预报精度的提高开辟了新思路.     

改进VMD对称镜面图在消毒机器人故障诊断中的应用

针对消毒机器人电机转子故障振动信号的非平稳性，以及常用时频分析技术无法全面获取信号特征的问题，提出一种基于改进变分模态分解(VMD)对称镜面图与模糊神经网络的故障诊断方法.采用VMD分解转子振动信号，给出分解过程中关键参数的选取方法；根据综合评价因子法选取对信号特征敏感的固有模态函数(IMF),重构信号；采用对称极坐标法，将重构信号转化为镜面对称图，通过灰度共生矩阵提取图像特征以形成状态特征向量，输入模糊神经网络，实现转子故障诊断.对比实测信号及常见信号分析方法可知，提出的方法具有更准确的信号特征提取能力.     

云相似度测量的变分模态分解去噪方法

为区分VMD( Variational Mode Decomposition) 分解后高低频段模态分量,提高VMD 算法的去噪效果, 提出一种基于云相似度测量的VMD 去噪方法。首先,对信号进行VMD 分解,通过计算各个模态分量与信号之 间的云相似度值,区分有效分量与噪声分量,然后对噪声分量进行小波滤波,最后将滤波后的分量与有效分量 进行重构。通过仿真和实际实验,将提出的去噪法与基于相关系数的VMD 去噪法和基于互信息的VMD 去噪 法对噪声信号进行处理,该方法去噪后所得信号信噪比相对较高,为28． 214 1 dB,均方误差相对较低,为 6． 12 × 104 ,验证了该方法去噪效果的优越性和对油气管道泄漏信号去噪的可行性。