基于EMD的机械振动分析与诊断方法研究

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基于EMD的机械振动分析与诊断方法研究

发布日期： 2014-11-11 发布：  

  2014年1期目录       本期共收录文章20篇

　　摘 要：在现阶段的工作当中，纯人工工作已经一去不复返了，机械设备的盛行，以及科学技术的不断更新，使得人们可以利用大型设备来完成工作，同时在一些细节工作方面，也可以利用较为精密的仪器来完成。可以说，机械设备的发展，推动了人类的整体进步，无论生活还是工作。现今的问题在于机械振动分析，从客观的角度来说，机械振动分析需要采取一套行之有效的方法来进行。但是，以目前的科学技术来说还是有所不足，因此科研人员开始考虑基于EMD的机械振动分析与诊断方法。
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　　关键词：EMD 机械 诊断
　　中图分类号：TH12 文献标志码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（a）-0047-01
　　很多人对EMD并不是很了解，用通俗的话来说，EMD就是经验模态分解，它是由美国的黄鳄博士所提出的一种信号分析方法，由于EMD方法在理论上能够应用于任何类型的信号分解，因此在处理非平稳以及非线性数据方面，具有非常明显的优势。正因为EMD具有如此明显的优势，以它作为基础，来研究机械振动分析与诊断方法，相信能够获得一定的积极成果。本文就基于EMD的机械振动分析与诊断方法进行一定的研究。
　　1 机械系统振动模式的EMD分析方法研究
　　1.1 瞬时频率和固有模式函数
　　构成EMD基本原理以及算法核心的两个基本概念有两个，一个是瞬时频率概念，另一个是固有模式函数概念。对于瞬时频率来说，力学上振动频率的概念是单位时间内震荡波的个数，其实质就是表征信号在一定时间内的总体特征，由此可见，对于瞬时频率来说，其定义可以与正弦、余弦函数联系在一起，这样一来就能够很好的解决问题，并且将理论应用到实际的工作当中。其次，在固有模式函数方面，黄鳄博士等一些研究人员在总结瞬时频率有意义的单分量信号的时候，认为应该在满足条件的基础之上，提出了固有模式函数的概念。经过一定的讨论和研究，众多的科研人员认为，固有模式函数必须满足以下两个条件：第一，整个数据长度中极值点和过零点的树木必须相等或者最多相差一个。第二，在任意的数据点，局部极大值的包络以及局部极小值的包络均值必须等于零，换言之，信号需要关于时间轴局部对称。从以上的表述来看，瞬时频率以及固有模式函数对整体的研究工作而言，是一个明确的理论基础，所有的工作都需要在这个理论基础上进行，否则很难达到一个理想的效果。
　　1.2 EMD的基本原理
　　EMD方法主要建立在以下假设的基础之上：首先，信号最少要有两个极值点，一个最大值和一个最小值。极值点能够为EMD方法提供一个最合理的范围，当工作人员利用机械振动分析与诊断方法的时候，必须在某一个合理范围内取值，否则没有办法制定针对性的方式来处理问题。其次，特征时间尺度通过两个极值点之间的时间长度定义，这个要求和上一个是相互呼应的，在未来的工作中，准确的定义不仅可以良好的处理问题，同时可以及时的发现问题。现阶段的机械设备在应用的过程中，具有很多的隐藏问题，如果能够针对各个工作状态进行一个准确的定义，势必能够在今后的工作中，及时检修，提高经济效益。最后，如果信号数据没有极值点，或者只存在最大值或者最小值，但是存在变性点，那么工作人员可以通过数据微分一次或者几次来获得极值点，之后通过积分来获得分析结果。综上所述，EMD的基本原理必须满足上述三个条件，否则很有可能造成结果不理想或者结错误结果。
　　2 EMD中的端点效应和信号序列延拓技术研究
　　基于EMD的机械振动分析与诊断方法，需要在切实可行的基础上来进行工作。在此，本文重点介绍EMD中的端点效应和信号序列延拓技术。利用这一技术，能够在很大程度上彻底解决一些恶性问题，避免重复发生的情况。
　　2.1 端点效应的抑制方法分析
　　针对EMD的端点效应问题，我国在长期的发展当中，已经提出了一些较为有效的处理技术，并且应用到了实际的工作当中，也就是现阶段的信号序列延拓技术。主要分为极值延拓、周期延拓、预测延拓以及波形延拓等一系列的方法。如何根据旋转机械振动信号的特点，具有针对性的提出适用性强的信号序列延拓方法，更加彻底的将EMD方法应用于机械振动模式分析，就需要对现有的信号序列延拓方法的特点、性能进行分析和研究。
　　2.2 现有延拓方法在机械振动信号处理中的不足分析
　　对于现有的延拓方法来说，并没有达到一个理想的状态，在应用到机械振动信号处理的时候，存在较多的不足。首先，没有办法达到理想的EMD分解结果，适用性较差。其次，应用价值不高。最后，随着高科技的盛行，很多的机械振动都出现了新的问题，固守原来的方法，很难得到一个较大的突破。
　　2.3 信号序列端点优化对称延拓方法研究
　　信号序列端点优化对称延拓方法，主要是通过对信号以及其中包络线的偏差评价函数最小化计算，来获得最理想的信号端点值，同时，在这个基础上延拓信号的上、下包络线。两端将最大化的逼近原始信号两端点。之后的工作较为简单，通过在EMD后续筛选IMF过程中抛弃两端延拓的数据，从而将端点效应释放到原始信号之外。通过这种方法，能够有效的处理机械振动中的端点效应问题，并且在未来的工作中，不断建立新的方案，形成一整套有效的对策。值得注意的是，现阶段的机械振动具有一定的地域性特征，由于应用机械设备的工厂和企业不同，同时地区之间的经济发展情况也有所偏差，因此在应用上述方法的时候，还应该有效的考虑到地方性特点。
　　3 结语
　　本文主要基于EMD的机械振动与诊断方法进行了一定的研究，从现有的发展情况来看，基于EMD的机械振动与诊断方法仍然需要进一步的加强，并且在很多的方面都需要进行努力。由于部分细节问题仍然没有解决，因此，，还需要将端点效应进一步去分析，通过掌握更加透彻的原理，将方式方法变得更加科学化。相信在今后的工作中，基于EMD的机械振动分析与诊断方法一定能够得到更加积极的成果。
　　参考文献
　　[1] 王伟，魏洪兴，陈殿生，等.基于经验模分解和最小二乘支持矢量机的装载机载质量动态测量混合建模方法[J].机械工程学报，2008（2）.
　　[2] 康海英，栾军英，郑海起，等.基于阶次跟踪和经验模态分解的滚动轴承包络解调分析[J].机械工程学报，2007（8）.
　　[3] 王太勇，何慧龙，王国锋，等.基于经验模式分解和最小二乘支持矢量机的滚动轴承故障诊断[J].机械工程学报，2007（4）.

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