[发明专利]一种变分模态分解的模态个数确定方法

权利要求书

1.一种变分模态分解的模态个数确定方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1，初始化变分模态分解的6个参数，令保真度系数τ＝0，第一个中心频率更新参数DC＝0，中心频率初始化参数init＝1，收敛准则的阈值ε＝1e-7，惩罚因子α＝2000，模态个数K＝1；

S2，用步骤S1中设定的参数对待处理的信号进行一层变分模态分解，获得第一层分解的中心频率；

S3，将模态个数K值加1，其他5个参数不变，重复步骤S2，对信号进行K层变分模态分解，获得第K层分解的中心频率；

S4，计算第K-1层分解的所有中心频率与第K层分解的所有中心频率的误差δ；

S5，判断各中心频率的误差是否小于误差阈值Δ，将误差小于误差阈值的中心频率定义为稳定中心频率；

S6，将步骤S5中得到的稳定中心频率存入稳定中心频率矩阵M，并计算矩阵M每行所存储的稳定中心频率的平均值；

S7，绘制稳定中心频率的直方图，从图中找出具有明显优势的中心频率，定义为优势中心频率；

S8，判断第K层变分模态分解后所得优势中心频率的个数n_k是否比第K-1层分解时有所增加，若n_K＞n_K-1，即经过第K层变分模态分解，优势中心频率的个数比第K-1层分解时有所增加，则重复步骤S3-S7；若n_K＝n_K-1，即优势中心频率的个数不再增加，则停止分解，输出模态个数K＝n_K；

步骤S4中的中心频率误差，其计算式如下：

δ_j，i＝|f_K，j-f_K-1，i|/f_K，j

其中i＝1，2，…，K-1；j＝1，2，…，K，f_K，j为第K层变分模态分解所得到的第j个中心频率，f_K-1，i为第K-1层变分模态分解所得的第i个中心频率，δ_j，i即为f_K，j与f_K-1，i的误差；

从而确定变分模态分解的模态个数，在对故障信号进行变分模态分解时抑制噪声含量，提升故障信号分析的效果。

2.根据权利要求1所述的一种变分模态分解的模态个数确定方法，其特征在于：步骤S5中所述误差阈值Δ设为0.01-0.02。

3.根据权利要求2所述的一种变分模态分解的模态个数确定方法，其特征在于：步骤S6中所述稳定中心频率矩阵M，其每一行存储一组相互之间误差小于误差阈值Δ的中心频率，其余部分全部为0。

4.根据权利要求3所述的一种变分模态分解的模态个数确定方法，其特征在于：步骤S6中将某个稳定中心频率存入矩阵M时，先计算其与矩阵中所有元素的误差δ，若其与矩阵中位于m行n列的元素f_m，n的误差δ_m，n小于误差阈值Δ，则将该稳定中心频率加入矩阵的第m行末端；若此稳定中心频率与矩阵M中所有元素的误差均大于误差阈值Δ，则将矩阵增加一行，将该稳定中心频率加入矩阵最后一行的第一列。

5.根据权利要求4所述的一种变分模态分解的模态个数确定方法，其特征在于：步骤S6中计算矩阵M每行所存储的稳定中心频率的平均值，其过程为分别计算稳定中心频率矩阵M的每一行的非零元素的平均值。

6.根据权利要求5所述的一种变分模态分解的模态个数确定方法，其特征在于：步骤S7中的稳定中心频率直方图，其第i个直方图的底边为步骤S6中计算所得的矩阵M的第i行的非零元素的平均值，其高度为矩阵M的第i行的非零元素个数。

7.根据权利要求1至6中任何一项所述的一种变分模态分解的模态个数确定方法，其特征在于：步骤S7中，具有明显优势的中心频率，其判断方法如下：记稳定中心频率直方图中第i个直方图的高度为稳定中心频率重复出现的次数N_i，求各个直方图所对应N_i的平均值：

若N_i＞N_mean，则认为第i个直方图所对应的稳定中心频率为优势中心频率。