奇异值差分谱理论及其在车床主轴箱故障诊断中的应用

证明采用Hankel矩阵时奇异值分解(Singular value decomposition,SVD)可以将信号分解为一系列分量信号的简单线性叠加,为了确定其中的有用分量个数,提出奇异值差分谱的概念。差分谱可以有效地描述有用分量和噪声分量的奇异值性质差异,根据差分谱峰值位置可实现对有用分量个数的确定。研究结果表明,当差分谱最大峰值位于第一个坐标时,则表明原始信号存在较大的直流分量,此时根据第二最大峰值位置可以确定有用分量的个数,否则就根据最大峰值位置来确定分量个数。利用差分谱进一步研究Hankel矩阵的结构对SVD降噪效果的影响,指出矩阵列数和噪声去除量存在抛物线状的对称关系。利用基于差分谱的SVD方法对车削力信号进行处理,结果有效地分离出由于主轴箱故障齿轮的振动而引起的调制信号,并根据此信号可靠地定位了故障齿轮。

基于EMD分解和奇异值差分谱理论的轴承故障诊断方法

针对故障轴承振动信号中含有强烈的背景噪声,难以提取故障频率的现实情况,提出了基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和奇异值差分谱的轴承故障诊断方法。首先通过EMD方法将非平稳的原始轴承振动信号分解成若干个平稳的本征模函数(Intrinsic Mode Function,IMF);由于背景噪声的影响,从各个IMF的频谱中难以准确地得到故障频率。对IMF分量构建Hankel矩阵并进行奇异值分解,进一步找到奇异值差分谱,根据奇异值差分谱理论对某个IMF分量进行消噪和重构,然后再求其频谱,便能准确地得到故障频率。实验结果表明,提出的方法能有效地应用于轴承的故障诊断。

IVMD融合奇异值差分谱的滚动轴承早期故障诊断

针对滚动轴承早期故障阶段存在特征信号微弱、故障识别相对困难的问题,提出了融合改进变分模态分解和奇异值差分谱的诊断方法。原始信号经改进变分模态分解方法处理后,被分解为若干本征模态函数分量,利用包络谱稀疏度指标筛选出最佳分量构造Hankel矩阵并进行奇异值分解,求取奇异值差分谱后,根据差分谱中的突变点重构信号,最终通过分析信号的包络谱可判断轴承的故障类型。利用改进变分模态分解融合奇异值差分谱的方法对轴承故障模拟及实测信号进行分析,均成功提取出微弱特征信息,能够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LMD与奇异值差分谱的滚动轴承故障诊断方法

针对滚动轴承故障振动信号的非线性非平稳特性及强噪声特性,提出了一种基于局部均值分解(local mean decomposition,LMD)和奇异值差分谱的滚动轴承故障诊断方法.首先对原始信号进行LMD分解,得到若干乘积函数(product function,PF)分量,然后对故障特征明显的分量构建Hankel矩阵并进行奇异值分解,求出奇异值差分谱曲线,找到奇异值差分谱最大突变点来确定奇异值重构分量的个数,进而对包含故障特征频段的分量进行消噪和重构,再对重构信号进行Hilbert包络谱分析,提取故障特征.实验结果和工程应用表明:LMD和奇异值差分谱结合的信号特征提取方法,能准确、有效地提取滚动轴承的故障特征频率,对故障类型作出准确判断.

基于傅里叶分解与奇异值差分谱的滚动轴承故障诊断方法

针对强噪声条件下滚动轴承故障冲击特征难以提取的特点,提出了一种基于傅里叶分解与奇异值差分谱的滚动轴承故障诊断方法。首先通过傅里叶分解将非平稳的原始轴承故障振动信号分解为若干个固有频带函数,然后运用互相关系数法筛选固有频带函数进行信号重构,并对重构后的信号进行奇异值差分谱降噪,最后对联合降噪后的信号进行Hilbert包络谱分析,准确地识别出故障特征频率,进行故障诊断。仿真分析和试验都很好地验证了该方法的有效性。

基于小波分析及奇异值差分谱理论的滚动轴承故障诊断

针对强烈背景噪声下的滚动轴承故障信号,故障特征频率难以提取的问题,提出了基于小波分析及奇异值差分谱理论的滚动轴承故障诊断。该方法首先从整体上滤波,利用小波分析单子带信号重构改进算法将原始滚动轴承信号的频带准确地二进划分成一系列子带,实现不同频段的信号分离,找到故障特征频率可能存在的某一子带;然后进行局部滤波,主要是利用此子带信号构造Hankel矩阵,根据奇异值差分谱理论进行去噪;最后求其频谱得到滚动轴承的故障特征频率,从而判断出故障部位。仿真实验结果表明,该方法是一种有效的故障诊断方法。

基于奇异值差分谱与改进包络分析的轴承故障特征提取

针对滚动轴承振动信号故障特征难以提取的问题,提出了一种基于奇异值差分谱与改进包络分析的轴承故障特征提取方法。首先,通过奇异值分解将原始轴承振动信号分解为一系列能够线性叠加的分量信号,利用故障特征分量和噪声分量在奇异值上的差异,根据奇异值差分谱的性质筛选出有效奇异值,选择包含故障特征的分量重构信号。针对奇异值分解去噪后仍存在残余噪声,采用改进包络分析,在频域中进一步去除重构信号中的残余噪声。最后对实测轴承信号进行分析,准确地提取到故障特征明显、故障频率突出的轴承故障信号,完成故障诊断。

基于局部均值分解和奇异值差分谱的滚动轴承故障诊断研究

为了从复杂的轴承振动信号中提取微弱的故障信息,提出了一种基于局部均值分解(local mean decomposition,LMD)和奇异值差分谱的轴承故障诊断方法。首先通过LMD将非平稳的原始轴承故障信号分解为若干个PF(product function)分量,由于背景噪声的影响,难以从PF分量准确得到故障频率,对PF分量进行Hankel矩阵重构和奇异值分解,相应的得到奇异值差分谱,根据奇异值差分谱理论对某个PF分量进行消噪和重构,然后再求重构后PF分量的包络谱,便能准确地得到故障频率。仿真分析和滚动轴承内圈故障实例很好地验证了提出的改进方法的有效性。

基于CEEMD和奇异值差分谱的滚动轴承故障特征提取

针对滚动轴承故障信号非线性、非平稳特征导致的故障频率难以提取的问题,提出一种基于补充总体平均经验模态分解(Complementary EEMD,CEEMD)和奇异值差分谱结合的滚动轴承故障诊断方法。CEEMD分解向原信号成对地添加符号相反的白噪声,几乎消除残留白噪声的影响。首先,对故障信号利用CEEMD算法进行分解,得到若干IMF(Intrinsic Mode Function)分量,然后运用相关系数—峭度准则对IMF分量进行筛选并重构,再对重构信号进行奇异值分解,并求出奇异值差分谱,根据奇异值差分谱理论进行消噪和重构,最后对重构信号进行Hilbert包络谱分析,提取故障频率。实验结果表明,提出的方法,能精确地提取滚动轴承的故障频率。

MBCV-EWT和奇异值差分谱的滚动轴承信号降噪方法

针对滚动轴承振动信号降噪时,克服模式混叠、保证各频率成分完整性和独立性问题,提出最大类间方差-经验小波变换分解(maximum between-cluster variance-empirical wavelet transform,简称MBCV-EWT)与奇异值差分谱相结合的信号降噪方法。首先,针对传统区间划分的不确定性问题,提出MBCV-EWT信号分解方法,通过最大类间方差对信号频谱自适应划分,并在每个划分区间上构建带通滤波器;其次,针对分解分量冗余,提出脉冲指标作为调幅-调频分量筛选准则,选取最优的分量用于降噪;最后,对最优调幅-调频分量进行奇异值分解,根据其差分谱重构分量并实现降噪。仿真及实验结果表明,该方法能够实现频谱自适应划分,有效克服模式混叠等问题,保证分解得到的各成分主频独立且完整,调幅-调频分量筛选准确,降噪效果明显,为故障识别和预测奠定研究基础。

改进ITD-LS结合奇异值差分谱的间谐波快速检测方法

间谐波检测技术是电力系统谐波治理的重要工作内容,文章提出一种改进ITD法结合奇异值差分谱的快速高精度检测。通过改进ITD法可以直接根据含有系统特征信息的量测数据进行参数辨识。首先利用奇异值差分谱进行系统定阶;然后应用改进的ITD算法直接对含噪信号进行精确检测从而得到各谐波的实际频率;采用最小二乘法(Least Squares,LS)对各间谐波分量的幅值进行精确检测。改进ITD法以SSI法的协方差矩阵(Toeplitz)为输入数据,克服了数据处理方法不准确性带来的误差,提高了参数辨识精度。与SSI法相比,改进ITD法精度没有降低,同时缩短了计算时间。仿真结果表明:该方法计算速度快,检测精度高,抗噪声能力强,验证了所提方法的可行性和有效性。

基于奇异值差分谱分析和蚁群算法的小波阈值降噪

针对传统小波阈值去噪阈值选取的问题,将奇异值差分谱的方法与蚁群算法相结合运用到小波阈值降噪中,提出一种小波系数双阈值寻优方法。首先将待处理含噪信号进行多尺度小波分解;之后根据每级信号小波系数的奇异值差分谱分析得到寻优的目标函数;然后根据目标函数利用蚁群算法在每级的小波系数上进行阈值寻优;最后重构经过最优阈值量化规则处理的小波系数得到降噪信号。通过对仿真信号的降噪处理表明本方法对不同特点信号的降噪效果要好于传统阈值降噪方法;对滚动轴承以及深沟球轴承的振动故障信号的降噪处理验证了方法的可行性和适用性。

基于奇异值差分谱的小电流接地故障区段定位

本文提出利用线路各监测点暂态零模电流奇异值差分谱突变点前的奇异值个数来实现故障区段判定。该方法只需要采集零序电流,不需要各监测点时间同步。

基于奇异值差分谱理论的大型转子轴心轨迹提纯

针对大型轴承试验台的转子轴心轨迹的提纯问题,提出采用奇异值差分谱提纯轴心轨迹的方法。奇异值差分谱可以直观表示有用分量和噪声分量的差异,由差分谱首个峰值可以确定有用分量个数。将原始振动信号构造Hankel矩阵,对其进行奇异值分解(SVD),利用奇异值差分谱来选取特征奇异值,通过SVD重构得到特征信号,利用特征信号得到提纯的轴心轨迹。比较了SVD和谐波小波包算法的处理效果,结果表明,由奇异值差分谱提纯的轴心轨迹更清晰。

基于EEMD分解和奇异值差分谱理论的轴承故障诊断研究

提出一种基于总体平均经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)和奇异值差分谱的轴承故障诊断方法。首先将非平稳的原始轴承振动信号通过EEMD方法分解成若干个平稳的本征模函数(intrinsic modefunction,IMF);由于背景噪声的影响,从各个IMF的频谱中难以准确地得到故障频率。对IMF分量构建Hankel矩阵,并进行奇异值分解,进一步找到奇异值差分谱,根据奇异值差分谱理论对某IMF分量进行消噪和重构,然后再求其频谱,便能准确地得到故障频率。实验结果表明,所提出的方法能有效地应用于轴承的故障诊断。

基于EMD与奇异值差分谱的侧信道信号特征提取

为了从强烈的背景噪声中提取侧信道信号的特征信息,提出了一种基于经验模式分解(EMD)与奇异值差分谱相结合的信号特征提取方法。该方法首先对原始侧信道信号进行EMD分解,计算各个特征模态函数(IMF)与原始信号的相关系数,找到最大相似特征分量;再对该分量进行奇异值分解求出对应的奇异值差分谱;最后根据差分谱进行重构和消噪,进一步提取分量的特征信息。实验结果表明,该方法可以有效应用于侧信道信号的特征提取,成功提高信号的信噪比和攻击成功率。

基于奇异值差分序列的信号降噪处理方法研究

奇异值分解是一种十分有效的信号降噪处理方法,但奇异值个数的选择对信号降噪的影响巨大。文章由奇异值序列构造奇异值差分序列,寻找差分序列突变位置,结合不同信号差分序列的特征提出了确定奇异值个数的方法。将提出的选择奇异值个数的方法应用于三种模拟信号降噪中,降噪结果表明提出的方法可以达到有效滤除噪声的目的。

基于奇异值分解的滚动轴承故障诊断方法

针对奇异值分解中Hankel矩阵维数和奇异值个数选择的问题,提出了确定矩阵维数和选择奇异值个数的新方法,实现对滚动轴承的故障诊断。将提出的方法应用于实测滚动轴承内圈和外圈故障信号中,通过对信号的降噪处理和包络谱分析,有效消除了实测振动信号中的无用频率成分,提取了信号中包含的轴承故障特征频率。

基于谱插值和奇异值差分谱的滚动轴承静电监测信号去噪方法

采用静电传感器进行滚动轴承故障监测实验研究.针对滚动轴承静电监测中各种强噪声、故障特征难以提取的问题,提出了基于谱插值和奇异值差分谱的联合去噪方法.首先采用谱插值抑制工频干扰,然后将所得信号构造Hankel矩阵,求取奇异值差分谱并自动确定有用分量个数,最后重构信号.仿真和实验结果表明:仅采用奇异值差分谱或者小波去噪方法,无法从含有强工频干扰的信号中提取有用成分;所提出的方法相比较谱插值和小波去噪方法能够凸显早期故障特征频率.

宽波段微型光谱仪的小波奇异值差分去噪

为克服传统光谱仪器价格昂贵、体型庞大等缺点,设计了一款宽波段微型光谱仪,测量波段为200~1100nm,光谱的像元分辨率均在0.5 nm以内,具有较好的分光特性。为提高光谱仪的测量精度、降低光谱仪硬件和光学系统引入的噪声,提出了一种小波奇异值差分算法,使用小波阈值去噪方法对高频信号的低层小波系数进行消噪处理,对高频信号的全部小波系数进行奇异值分解,并采用差分法选择奇异值阶次。结果显示,信噪比可达到20.9600,去噪效果较好;均方根误差值为1510.3,波形相似系数值为0.9960,去噪较彻底且能保留光谱有效特征,对宽波段微型光谱仪的去噪具有很好的可行性。