Hilbert能量谱及其在齿轮故障诊断中的应用

将Hilbert Huang变换引入齿轮故障诊断,提出了局部Hilbert能量谱的概念,同时建立了一种基于Hilbert Huang变换的齿轮故障诊断方法:Hilbert能量谱方法.该方法首先采用EMD方法将齿轮故障振动信号分解为若干个固有模态函数(IntrinsicModeFunc tion,简称IMF)之和,然后选择包含故障信息的IMF分量进行Hilbert变换得到局部Hilbert能量谱。在局部瞬时能量图中可以发现,齿轮故障振动信号具有明显的冲击特征,从而可进一步对齿轮故障进行诊断.

基于Hilbert能量幅值信息和波形信息的特高压直流输电线路单端保护方法

直流输电系统具有强非线性,采用叠加原理和小波变换算法的直流输电线路行波保护存在适应性问题;仅利用行波暂态量幅值信息的直流输电线路行波保护在线路末端故障时存在保护拒动的问题。针对此问题,提出一种特高压直流输电线路单端保护方法。通过研究特高压直流输电线路两端物理边界特性,推导出Hilbert能量波形信息与电压行波的关系式,得出物理边界对Hilbert能量波形具有平滑作用。分析物理边界元件和直流输电线路频率特性,发现物理边界元件和直流输电线路对暂态高频分量具有衰减作用,据此利用Hilbert能量表征高频分量衰减情况。直流输电线路区内、外故障时,暂态电压5~7kHz高频带Hilbert瞬时能量幅值和波形形状差异明显,利用标准差综合描述高频带Hilbert能量幅值信息和波形信息,构造直流输电线路故障识别判据。利用正、负极标准差之比构造故障选极判据,实现故障极全线速动保护。仿真结果表明,该保护方法能可靠区分直流线路区内、外故障,实现故障选极,保护特高压直流线路全长。

基于VMD-SSA和多频段Hilbert能量的高压直流输电线路单端量保护方法

高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电线路对故障暂态电压信号大多数频段都具有衰减作用,而HVDC的物理边界对高频分量会产生较强的衰减作用,对低频分量会产生一定的放大作用。根据上述特征,提出了一种基于变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)-麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)和多频段希尔伯特(Hilbert)能量幅值的高压直流输电线路单端量保护方法。利用SSA对VMD参数进行优化后,对故障暂态电压信号进行分解,然后对分解后的各个内涵模态分量(intrinsic mode functions,IMF)进行Hilbert变换求取其200~1200 Hz低频段和8~12 kHz高频段的Hilbert能量,利用低频段和高频段Hilbert能量之比构造故障区段识别保护判据,通过正极和负极其高低频段Hilbert能量和之比来判断故障极。仿真实验证明,所提出的方法能够有效避免利用经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)故障信号时会出现模态混叠这一现象,能准确地辨识出故障区域和故障极,具有较好的耐过渡电阻性,并能有效地保护线路全长。

Hilbert边际能量谱在语音情感识别中的应用

情感特征的提取是语音情感识别的重要方面。由于传统信号处理方法的局限,使得提取的传统声学特征特别是频域特征并不准确,不能很好地表征语音的情感特性,因而对情感识别率不高。利用希尔伯特黄变换(HHT)对情感语音进行处理,得到情感语音的希尔伯特边际能量谱;通过对不同情感语音的边际能量谱基于Mel尺度的比较分析,提出了一组新的情感特征:Mel频率边际能量系数(MFEC)、Mel频率子带频谱质心(MSSC)、Mel频率子带频谱平坦度(MSSF);利用支持向量机(SVM)对5种情感语音即悲伤、高兴、厌倦、愤怒和平静进行了识别。实验结果表明,通过该方法提取的新的情感特征具有较好的识别效果。

局部Hilbert边际能量谱在滚动轴承故障诊断中的应用

针对滚动轴承振动信号非线性的特点,提出一种基于局部希尔伯特边际能量谱和马氏距离判别法相结合的故障诊断方法。首先,采用镜像延拓方法抑制经验模态方法将待分析信号分解成多阶固有模态函数和的形式,并根据相关性判别算法选取含有主要故障信息的IMF分量;其次,利用局部Hilbert边际能量谱提取故障信号能量特征参数;最后,利用马氏距离算法对滚动轴承的工作状态进行判别。通过相关试验证明了此方法的有效性,具有一定的工程应用价值。

Hilbert-Huang变换在齿轮故障诊断中的应用

为齿轮故障诊断提供了一种新的途径,将Hilbert-Huang变换引入齿轮故障诊断,提出了局部Hilbert能量谱的概念,同时根据齿轮故障振动信号的特点建立了两种基于Hilbert-Huang变换的齿轮故障诊断方法:基于EMD的频率族分离法和Hilbert能量谱方法。采用EMD(Empiricalmodedecomposition)方法对齿轮振动信号能有效地将各个频率族分离;局部Hilbert能量谱可以反映齿轮振动信号的能量随时间和频率的分布情况,从而可以提取齿轮振动信号的故障信息。将这两种方法应用于齿轮故障诊断中,结果表明,基于EMD的频率族分离法和Hilbert能量谱方法都能有效地提取齿轮故障特征信息。

Hilbert-Huang变换在提取声波测井信号储集特性中的应用

阵列声波信号属于典型的非线性和非平稳信号,传统的分析方法主要包括短时傅里叶变换、小波变换和Winger-Ville变换等。Hilbert-Huang变换是一种分析非平稳信号的新方法,该方法的关键是对信号进行经验模态分解,将复杂的信号分解为有限数量的几个固有模态函数,从而得到信号的Hilbert能量谱。将该方法应用于阵列声波测井信号处理上,对声波测井信号进行经验模态分解并得到Hilbert能量谱,分析能量谱与储层岩性参数的联系。结果表明,Hilbert能量谱与某些储层特性存在一定的联系。

爆破震动能量特性研究

以工程实测爆破震动信号为分析对象,使用EEMD信号分析方法将爆破震动信号分解得到多个固有模态（IMF）分量,在时域、频域进行Hilbert变换求出IMF分量的Hilbert能量,对比分析各IMF分量能量在总能量中所占百分比,研究爆破震动能量在频域、时域的分布规律。在频域能量主要集中在5-40 Hz内,该频带内的能量占总能量的97.55%,在高频和低频能量分布较少,其中大于40 Hz部分能量占总能量的2.2%,小于5 Hz部分能量占总能量的0.25%,表明爆破震动能量是集中分布在某个较窄频带范围内。在时域能量主要集中在0.1-1.0 s范围内,其中,时域的高频能量震动作用时间短、低频能量震动作用时间长,从而揭示了爆破震动强度相同条件下频率越低危害性越大。

某矿爆破震动信号的Hilbert-Huang分析

通过某矿山测试所得的爆破震动信号,应用的希尔伯特—黄(HHT)分析法,提取具有实际物理含义的IMF分量,得出爆破震动信号的Hilbert能量谱。分析出该爆破震动的主要频率集中在低频段,从Hilbert能量谱可以直观看出信号能量在时间、频率上的分布情况,这对爆破震动的安全控制具有指导意义。

Hilbert-Huang变换在风力发电机主轴轴承故障诊断中的应用

风力发电机主轴轴承发生故障时,缺陷引发的冲击振动出现的频率一般比较复杂,2个相邻冲击之间的时间间隔一般很小,普通的时域统计分析和频域分析方法很难达到理想的分析效果。将Hilbert-Huang变换引入风力发电机主轴轴承故障诊断。利用由Hilbert能量谱反映出的信息来对风机主轴轴承进行故障诊断,结果表明,基于Hilbert-Huang变换的分析方法能更为有效地诊断轴承的故障。

基于能量谱相似度自适应聚类的配电网接地故障区段定位方法

分析谐振接地系统发生单相接地故障时各区段故障暂态零序电流的相似性特征,提出基于故障暂态零序电流Hilbert瞬时能量谱相似性自适应仿射传播聚类(adAP)的故障区段定位方法。所提方法对故障后首半个工频周期的故障线路各区段的故障暂态零序电流进行局部特征尺度分解(LCD),对得到的各频带波形进行Hilbert变换得到Hilbert瞬时能量谱。计算Hilbert瞬时能量谱两两间的动态时间弯曲距离,对动态时间弯曲距离构成的相似度矩阵进行adAP,根据Silhouette指标最高的聚类情况定位故障区段。在电弧故障、存在分布式消弧线圈系统、不同消弧线圈补偿度系统、噪声干扰、两点接地、采样不同步的场景下的仿真结果和现场数据验证结果表明,所提方法能克服工程应用中可能存在的影响,鲁棒性好、准确度高。

基于Hilbert-Huang变换的往复发动机气门间隙故障诊断方法研究

配气机构是发动机的重要组成部分,若发生故障将会使发动机工作性能大大下降,采用Hilbert-Huang变换的方法对发动机振动信号进行处理。通过计算信号的Hilbert谱、Hilbert边际谱和Hilbert边际能量谱,分析气门间隙变大及变小故障在各种图谱中的表现,证明了HHT方法在气门间隙故障诊断中的有效性。

基于Hilbert-Huang变换的抗冰导管架平台损伤识别研究

渤海海域的抗冰导管架平台每年冬季都会受到海冰作用从而产生严重的冰激振动问题。对冰振危害进行监测与分析是保障冰区现役抗冰平台安全作业和降低冰害损失的重要研究内容。本文针对导管架结构长期处于冰振情况下结构可能存在隐性损伤的问题,采用Hilbert-Huang变换的方法开展结构损伤识别的研究。首先利用通用有限元分析软件ANSYS对冰荷载作用下的导管架平台模型进行瞬态动力学分析,进而对动力响应信号进行Hilbert-Huang变换,得到信号的固有模态函数(IMF)和Hilbert能量边际谱,最后通过结构损伤前后Hilbert能量边际谱的变化构建损伤指标,分析对比不同损伤程度下该损伤指标的有效性,并探讨海冰的冰速、冰厚对该损伤指标的影响。研究工作可以为寒区导管架结构在冰振情况下的损伤识别研究提供借鉴和参考。

基于EEMD与边际谱能量的电缆局部放电定位方法

振荡波局部放电试验在电缆绝缘缺陷检测中得到了越来越多的研究和应用,但背景噪声干扰和放电脉冲匹配的问题会影响局部放电定位的准确度。为实现振荡波电压下电缆绝缘缺陷的准确定位,提出一种基于集合经验模态分解与Hilbert边际谱能量的局部放电定位方法。首先采用移动窗口阈值法提取出局部放电脉冲信号,采用集合经验模态分解算法对信号进行分解,对得到的各分量进行Hilbert变换获得其边际谱能量值;然后选择不同本征模态函数分量在原始信号边际谱能量值的占比作为特征量,计算信号相似度进行入射脉冲信号和反射脉冲信号的匹配,最终采用时域反射法进行局部放电定位;最后对35 kV电缆进行振荡波耐压试验,对检测到的局部放电信号进行定位计算。结果表明,提出的方法可以在高斯白噪声较强的情况下实现电缆绝缘缺陷定位,定位平均误差可以达到1.15%。

基于CEEMD-HHT方法确定隧洞爆破网路实际延迟时间

为解决爆破网路设计延迟时间和实际延迟时间存在较大误差的问题,利用互补集合经验模态分解(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition,CEEMD)对爆破振动信号分解求出IMF分量,对各IMF分量进行Hilbert变换求出各分量的能量,选取能量最大的分量进行Hilbert变换求出该分量的包络线。各段雷管的起爆时刻即该包络线峰值点对应的时间,通过峰值点的时间间隔可以确定微差爆破的实际延期时间。以黄河上游某水电站引水发电隧洞实测爆破振动信号为例进行分析,同一次爆破,两个不同测点的信号按CEEMD-HHT方法确定的各段别雷管的实际延迟时间,具有很好的一致性,验证了此方法的有效性。

基于EEMD-HHT方法的隧洞爆破网路延时分析

由于非电毫秒雷管本身存在起爆误差,造成网路理论延时与实际延时存在较大误差。为更深入研究网路实际延时时间,以黄河上游某水电站引水发电隧洞工程实测爆破振动信号为分析对象,使用EEMD方法求出爆破信号IMF分量,进行Hilbert变换求出各分量能量,并对能量最大分量进行Hilbert变换求出包络线,再对包络线峰值进行分析得到网路的各段非电雷管的实际起爆时刻分别为49,74,178,235,350,469,609ms,从而准确求得网路中各段间的实际延时时间为25,104,57,115,119,140ms。对网路的理论与实际延时时间进行对比分析,发现理论与实际延时时间存在较大精度误差,这说明采用EEMD-HHT方法识别网路的延时精度是可行的。

古田地震水口水电站重力坝强震观测记录HHT分析

利用希尔伯特-黄变换(HHT)研究古田地震中水口水电站重力坝强震反应台阵,强震反应观测资料的时频特性及重力坝结构动力特性表明:①强震记录能量集中在0～15 Hz频段和10～15 s时段;②坝顶重力坝强震反应相对坝基有2 s左右的滞后;③重力坝顺河向主频为3.7 Hz。通过强震观测记录HHT变换得到的边际谱、希尔伯特(Hilbert)能量谱和瞬时能量谱结构特征分析,初步了解强震记录的地震动特性和重力坝顺河向主频。

古田地震水口水电站重力坝强震观测记录HHT分析

利用HHT变换研究2008年3月6日福建古田ML4.6地震中,水口水电站重力坝强震反应台阵获取的强震反应观测资料的时频特性及重力坝结构动力特性,得到如下结论:(1)强震记录能量集中在0～15Hz频段和10～15s时段;(2)重力坝顺河向主频为3.7Hz。分析结果对认识水库地震近场地震动特性和重力坝地震反应有一定的实际意义。

基于HHT方法的桥梁振动时频分析

为了研究移动荷载对桥梁结构响应的影响,将HHT信号处理方法应用于桥梁移动载荷振动分析中,并对信号进行EMD分解,进而获得振动信号的固有模态函数(IMF),通过对每一个IMF采用Hilbert变换获得桥梁响应的时频谱、Hilbert能量谱等动力特性。结果表明,随着车速的增大桥梁结构的加速度响应、离散性和脉冲特性不断增大。EMD分解能够清晰地表示各IMF分量的频率范围,对IMF分量进行有效的识别。Hilbert时频谱和能量谱随着车速的增大分布范围不断减小,并向高频段偏移。HHT法对车辆荷载作用下结构响应具有较好的效果,为桥梁振动时频特性分析提供了有效的分析手段。

考虑支撑加固的框架结构远场长周期地震响应分析

为了研究不同地震作用下、不同自振周期以及支撑加固下结构的地震反应变化规律,选取3条常规地震动和3条远场类谐和长周期地震动,先对其进行反应谱特性分析,然后通过希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform)得到各条地震动的Hilbert能量谱,进而得到Hilbert能量谱用于比较分析不同地震动的能量特性。在此基础上,使用SAP2000建立3层和20层框架结构及其支撑加固结构的有限元模型并对其进行地震动作用下的弹性时程分析。结果表明:长自振周期的结构在远场长周期地震动作用下的地震响应远远大于常规地震动作用下结果,并且长自振周期结构的地震反应相比短自振周期结构更为明显;支撑加固对短自振周期结构的加固效果非常显著,而对长自振周期结构的加固效果不明显,且使得结构最大层间位移角所在楼层上移,引起结构中上部楼层存在安全隐患。