EMD端点效应的改进型混沌延拓方法及其在机械故障诊断中的应用

1、 第 期 蔡艳平等 ： 端 点效 应的改进型混沌延拓方法及其在机械故障诊断中的应用 的故障特征。 上包 含 了 频 和 倍 频 振 动 模 式 ， 波形 存 在 失 倍 但 真， 且在 倍频信号两端产生了一定的端点效应现象。 图 用波形 匹 配延拓方 法得 到 的 时频 图 。 为 从 图 中可 以看 出 ， 于 波形 匹 配延 拓方 法 的 时 频 基 图也基 本上 包含 了 频 和 倍 频振 动模式 ， 效果 倍 但 不及 改进 型最 大 的边 界延 拓 方 法 ， 因是其 原 倍频振动模式波形存在部分失真 。 采样 点数×。 图 基于本文方法 的 时频 图 二二 二二 二二 采

2、样点数× 图 基 于波形 匹配延拓方法 的 时频 图 图 基 于 本 文 方 法 的边 际谱 图 对 比图 、 、 图 图 图 和 可看 出四种方法 分 解结果 的差异所在 。显然 ， 本文方法使端点处的延 拓 更加合理 ， 所延拓数据更加趋于真实。因此 ， 基于本文 改进 的 方 法 更 加 准 确 地 提 取 了转 子 油 膜 涡 动 的 故障特 征 ， 也进一 步说 明本 文方 法 的有 效性 。 图 为端点不作处理的 方法得到的 时 频 图。从 图中可 以看 出， 时频 图基 本看 不 出 其 倍频振动模式 ， 且在 倍频信号两端产生 了严重的 端 点效 应 现象 。 结 论

3、 在 应 用 中 ， 点 效 应 是 必 须 解 决 的 问 题 之 端 特别是在短数据序列的分析中 ， 端点效应成为影响 该方法精度的主要 因素。本文在总结现有边界处理方 一 ， 法 特点 的基 础上 ， 结合 混沌 相 空 间重 构 理论 ， 出一种 提 基 于改进 型 指数 边 界 延 拓 的 端点 效 应 处理 方法 。其 基 本 原 理 就 是 按 混 沌 动 力 学 过 程 ， 过 通 采样点数× 。 图 端点不作处理 的 时频 图 计算时间序列 的最大 指数 ， 立混沌预测模 建 型来 预测 时 间序列 端点 的发 展 规律 ， 使 筛 分过 程 中不 会 因为 端 点

4、 原 因 而 污 染 内部 数 据 。在 采 用 最 大 数法进 行 边 界 延 拓 时 ， 对 数 指 针 指 预测 模 型所表 示 的平 均 发散 度 仅是 轨 道演 化 规 律 的一 个近似模型 ， 出采用局域 发散度代替最大 提 指数进行改进 。通过与现有典型边界延拓方法的仿真 对 比表 明 ， 所提 方法 的包 络线 优 于 其它 方 法 ， 由于引 入 了 时间序列 混 沌 预 测 模 型 使 端 点处 的 延 拓更 合 理 ， 所 延拓数据更真实 ； 最后将所提方法应用在转子油膜涡 图 基 于镜像边 界延 拓方法的 时频图 动故障诊断中， 结果表 明该方法能更准确地提取转子 油膜

5、涡动故障特征。 需 要指 出的是 ， 文 所 提 方 法 对 于 无 规 律具 有 混 本 沌特征 的非平稳信号 ， 在减小 的端点效应方面相 图 为用镜 像延 拓 方 法 得 到 的 时 频 图 。从 对其它方法来说具有优 势， 由于算 法具有一定复杂 但 图中可 以看出， 基于镜像延拓方法 的 时频 图基本 性， 其在计算 时间上与神经 网络预测算法相 当。 振 动 与 冲 击 年第 卷 端点 效应 是 算 法 中一 个非 常 棘手 的 问题 ， 这个 问 题没 解决 好 ，算 法将 毫无用 武 之地 。 因此 ， 实 际 在 ， ） ， （ ： 杨建文 ， 民平希尔伯特 一黄谱 的端点效

6、应分 析及处理 贾 方法研究 振动工程学报 ， ， （ ）： ， ， 应用 中应视被分析信号的需要来权衡计算精度和计算 时间上 的利 弊进行 选择 不 同的端点 效应解 决 方法 。 参 考 文 献 ， （ ： ， ） ， ， ： ， ， 沈 路 ， 晓军 ， 周 张志 刚， 变 换 中的一种 等 端点 延 拓 方 法 振 动 与 冲击 ， ） ， （ ： ， ， ， ： 胡爱军 ， 安连锁 ， 贵基 廖 变换 端点 效应 处 理新方法 机械工程学报 ， （ ） ， ： ， ， ） （ ： 陈 忠， 郑时雄 信号分析方法边缘效应的分析 数据采集与处理 ， ： ， 刘慧婷 ， 张 曼， 程家兴基

7、于多项式拟合算法 的 端 点 问题 的处理 计算机工程与应用 ， ， ） （ ： ， ， ， （ ） ： 程军圣 ， 德介 ， 于 杨 宇 变换 端点效 应 问 题的探讨 振动 与冲击 ， （ ） ， ： 马 辉 ， 李朝峰 ， 轩广进 ， 等转子 系统油膜失稳 故障 的时 频特 征 分 析 振 动 与 冲 击 ， （ ） ， ： ， ， ， ， 一 曹冲锋 ， 杨世锡 ， 杨将新一种 基于 瞬时能 量分 布特征 的 汽轮发 电机组 转 子故 障 诊 断新 方 法 振 动 与 冲击 ， （ ） ， ： （） ， ， ， （ 接第 上 页 ） （ ）一 般 情况 下 ， 动 传 感 器都 有 一

8、 定 的频 响 误 振 差 ， 高频 时 响 应 幅值 的 误 差 最 大 。但 本 文 考 虑 的主 在 要是中低频 的信号 ， 故理论分析 ， 此频响误差较小。 靠性分析 振动与冲击， ， （） ： 朴明伟， 吉， 方 赵钦旭， 基于刚柔耦合仿真的集装箱 等 车体振动疲劳分析 振动与冲 ， （） 一 击， ： ， 结 论 上述研 究工 作 的意 义 在 于 ， 工 程 中那 些 复 杂 连 对 美国密 ， 。 接的结构件 进行 振声 特 性仿 真 时， 中频段 面 临着 在 方 法计算 成 本过 大 且 不精 确 ， 方 法 限于 刚 而 。 。 。 。 。 。 ， 。 。 性体的模态稀疏

9、 ， 无法提供有效 的统计样本 ， 仿真结果 不 准确 的困难 。 为此 ， 考虑 利 用 混 合 方 在 法进 行该类 问题 计 算 时 ， 要 获 取 一 个 至 关 重 要 的参 需 周 平， 赵德有 基于有限 元法的 加筋板耦合损耗因子计 算 年用户年会论文 李湘南 船舶机械设备联接处非保守耦合损耗 因子的研 登 曼 ， ， 直 ， 接阃 和 皿 “ 、 ， 一 。 ： ： 。 。 的算法 计 方 耗 量 衡 程 到 复 结 在 频 的合 利 能平 方得 了 杂 构 中段 耦 损 用 因子 。通 过 实 验 验 证 了该 方 法 的 准 确 性 。同 时 发 现， 这种 复 杂 结 构 的耦 合 损耗 因 子 在 频 段 内具 有 “ 共 ， （ ） ， 振” 特性 ， 结构的耦合损