自適應(yīng)特征尺度分解方法及其在旋轉(zhuǎn)機械故障診斷中的應(yīng)用.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、旋轉(zhuǎn)機械故障診斷技術(shù)的研究有著重要的意義,其關(guān)鍵在于故障特征信息的提取。然而,旋轉(zhuǎn)機械的振動信號大都是非平穩(wěn)信號。因此,采用合適的信號分析方法從復(fù)雜的振動信號中提取狀態(tài)特征信息一直是研究的重點和熱點。作為目前被公認(rèn)的有效非平穩(wěn)信號分析與處理手段,時頻分析方法在旋轉(zhuǎn)機械故障診斷領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
  近年來,小波分析(Wavelet Analysis,WA)、經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(Empirical ModeDecomposition,E

2、MD)、局部均值分解(Local Mean Decomposition,LMD)等時頻分析方法由于適合處理復(fù)雜的振動信號,均已被應(yīng)用到旋轉(zhuǎn)機械故障診斷領(lǐng)域,并取得了許多有益的研究成果。但是,這些方法都具有一定的局限性。局部特征尺度分解(Local Characteristic-scale Decomposition,LCD)是最近提出的一種自適應(yīng)時頻分析方法。該方法在定義瞬時頻率具有物理意義的單分量信號—內(nèi)稟尺度分量(Intrinsic

3、 Scale Component,ISC)基礎(chǔ)上,通過提取數(shù)據(jù)本身的特征尺度參數(shù),可自適應(yīng)地將復(fù)雜信號分解為若干個ISC分量之和。相對EMD和LMD等方法,LCD方法在分解速度、抑制端點效應(yīng)和模態(tài)混疊等方面具有一定優(yōu)勢。但LCD在均值曲線定義方面還存在一些不足,同時也存在模態(tài)混疊等問題,其理論也仍需進一步發(fā)展和完善。論文在國家自然科學(xué)基金項目(51075131)的資助下,對LCD方法的理論進行了進一步研究和完善,提出了一種新的自適應(yīng)信號

4、分解方法—自適應(yīng)特征尺度分解(Adaptive Characteristic-scale Decomposition,ACD),并將ACD方法應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機械故障診斷。論文主要研究工作和創(chuàng)新點如下:
  (1)對LCD均值曲線進行了改進。
  ①LCD均值曲線的插值點是由連接兩相鄰?fù)悩O值點的連線計算產(chǎn)生,插值點的屬性主要由相鄰兩同類極值點的屬性決定,因而可能降低分解精度。針對這一問題,提出了基于Lagrange插值的局部特征

5、尺度分解(Lagrange Interpolationbased Local Characteristic-scale Decomposition, LILCD)方法。
 ?、趯τ诨诤Y分的自適應(yīng)信號分解方法,定義合理的均值曲線是其關(guān)鍵所在,均值曲線定義的優(yōu)劣,對方法的精確性和有效性都有著直接的影響。針對這一問題,提出了廣義局部特征尺度分解(Generalized Local Characteristic-scaleDecompo

6、sition,GLCD)方法。
  (2)對LCD模態(tài)混疊抑制方法進行了研究。
 ?、偬岢隽嘶谖⒎炙阕拥木植刻卣鞒叨确纸?Differential Operator based Local Characteristic-scale Decomposition,DOLCD)方法。該方法通過改變原始信號各分量的幅值比,提升LCD抑制模態(tài)混疊的能力。
  ②提出了致密局部特征尺度分解(Compact Local Chara

7、cteristic-scaleDecomposition,CLCD)方法。該方法通過確定待分解信號的最小信號極值尺度來度量其信號尺度,再采用新增偽極值點均勻化信號尺度的方法,可有效地抑制模態(tài)混疊的產(chǎn)生。
  (3)在對LCD方法研究的基礎(chǔ)上,綜合GLCD和CLCD的優(yōu)勢,并充分借鑒EMD和LCD等這類基于篩分的信號分解方法的思路,定義了一種新的瞬時頻率具有物理意義的單分量信號—內(nèi)稟致密尺度分量(Intrinsic Compact-

8、scaleComponent,ICC),并提出了一種新的自適應(yīng)信號分解方法—自適應(yīng)特征尺度分解(ACD)。同時,給出ICC了分量評價準(zhǔn)則。通過對ACD每階篩分中由不同均值曲線和致密系數(shù)取值得到一組不同的分解分量進行對比,選取最優(yōu)分量作為該階篩分的ICC分量,從而保障最終分解效果優(yōu)于LCD。
  (4)由于廣義局部頻率解調(diào)(General Local Frequency Demodulation,GLFD)采用的平滑算法可能無法很好

9、地反應(yīng)數(shù)據(jù)的波動性和變化規(guī)律,尤其在廣義局部頻率(General Local Frequency,GLF)和廣義局部幅值(General Local Amplitude,GLA)的值存在突變時會出現(xiàn)較大偏差。針對這一問題,提出了改進的廣義局部頻率解調(diào)(Improved General Local Frequency Demodulation,IGLFD)方法。該方法采用強局部加權(quán)回歸(Robust Locally Weighted Re

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