《基于二次EEMD的转子故障信号时频分析方法研究》.pdfVIP

第 14卷 第21期 2014年7月 科 学 技 术 与 工 程 V0l_14 No．21 Ju1．2014 1671— 1815(2014)21一叭13—05 ScienceTechnologyandEngineering @ 2014 Sci．Tech．Engrg． 基于二次 EEMD的转子故障信号 时频分析方法研究 马银戌 王文平 鄢小安 尤 林 (华北 电力大学机械工程系，保定 071003) 摘 要 HHT时频分析被广泛应用于机械故障诊断中，但其模态混叠成为应用时的瓶颈。针对此问题提出了利用二次集合 经验模态分解分解 (ensembleempiricalmodedecomposition，EEMD)来消除模态混叠的时频分析方法。该方法首先用EEMD将 原信号分解成若干个本征模函数(intrinsicmodefunction，IMF)，然后选取相关系数较大的分量重构原信号，再利用EEMD对其 进行二次处理，便可获得去除模态混叠的时频分布。通过对仿真与实验转子信号分析，该方法可以有效抑制经验模式分解 (empiricalmodedecomposition，EMD)的模态混叠现象，相比一次EEMD，二次EEMD去除模态混叠更明显，能有效应用于旋转 机械故障诊断中。 关键词 集合经验模态分解 经验模态分解 模态混叠 故障诊断 时频分析 中图法分类号 TN911．25； 文献标志码 A 目前有许多时频分析方法用于研究旋转机械 除经验模态分解中的混叠现象，取得了较好效果。 振动信号的时频分布，常用的时频分析方法有 j： 本文提出了利用二次 EEMD来消除模态混叠 短时傅里 叶变换 (sTFr)、魏格纳一维尔 (Wigner— 的时频分析方法。该方法首先用 EEMD将原信号 Ville)分布和小波变换 (WT)等。以上方法既有各 分解成若干个本征模函数 (intrinsicmodefunction， 自的优 点又有各 自的缺 点。美 国华裔科 学家 IMF)，然后选取相关系数较大的分量重构原信号， Huang 在 1998年提出了一种新的时频分析方法一 再利用EEMD对其进行二次处理，便可获得去除模 希尔伯特黄变换 (HilbertHuangtransform，HHT)，它 态混叠的时频分布。通过仿真信号和实验转子故障 包括经验模态分解 (empiricalmodedecomposition， 信号的对比分析可知，相比一次EEMD，二次 EEMD EMD)和希尔伯特变换 (Hilberttransform，HT)两部 方法去除模态混叠效果更好，可以有效地去除EMD 分。EMD方法 自提出后在机械故障诊断等很多领 分解过程中的模态混叠现象，并能有效地应用于旋 域中都得到了应用 J。但是 ，EMD方法仍然存在许 转机械状态检测和故障诊断中。 多需要改进的地方 J，一个重要的缺陷就是模态混 叠问题 。针对此 问题 Wu和 Huang_o在随后的研究 1 EEMD基本原理 中又提出了一种集合经验模态分解 (ensembleem- 所谓EMD中的模态混叠，就是指不能依据特征 piricalmodedecomposition，EEMD)，EEMD方法利用 时问尺度有效地分离出不同的模态分量，使得一个 白噪声频谱均衡分布的特点来均衡信号中的中断区 IMF中包含差异极大的特征时间尺度，或者相近的 域，能够较为理想地去除模态混叠，具有很好的抗混 特征时间尺度分布在不同的IMF中，表现为相邻两 叠分解能力 。目前国内学者秦品乐、林焰等 0_ 个 IMF波形混叠，相互影响，难 以辨识的现象 ¨。 提出了利用小波降噪与经验模态分解相结合来消除 为了抑制 EMD过程 中产生的模态混叠现象，Wu等 模态混叠的方法，有效并成功地应用于实际信号中。