[发明专利]综合振动能量和斜率的EMD端点效应抑制方法

说明书

本申请涉及一种综合振动能量和斜率的EMD端点效应抑制方法，包括以下步骤：获取滚动轴承运行过程中的振动信号。对振动信号进行斜率积分延拓模态分解，得到振动信号的极值、斜率和振动能量。根据综合指标选取第一曲线的最优匹配曲线，其中，第一曲线为端处第一个极大(小)值点到相邻的极大(小)值点间的曲线。根据最优匹配曲线，提取延拓信息。根据延拓信息，获取延拓波形。该方法通过最优匹配曲线的斜率确定极值点，并用最小二乘‑多项式进行延拓原始信号两侧的波形，以波形面积作为延拓波形的依据，分解得到的分量相似系数较高、相对误差较小，无需大量的数据训练即可得到较好的延拓效果。

技术领域

本申请涉及轴承故障诊断的技术领域，特别是涉及一种综合振动能量和斜率的EMD端点效应抑制方法。

背景技术

机械设备内部结构日趋复杂，产生的非线性非平稳信号对分解方法提出了更高的要求。Hilbert-Huang变换(HHT)是一种非线性非平稳信号的分析方法，是由Huang等人于1998年提出，包括经验模态分解(EMD)和Hilbert谱分析。该方法已广泛应用于故障诊断、桥梁振动、功率预测等领域，但是EMD方法存在端点效应、模态混淆等问题，易造成虚假分量、故障频率提取困难等问题。

目前，针对端点效应，诸多学者提出了系列改进方法，如：多项式延拓法、极值点对称延拓法、斜率匹配波形延拓法、基于相关向量机预测延拓法、基于HLS-SVDR的预测延拓法等。多项式和极值点对称延拓法是根据EMD提取极值点并形成包络曲线的特性，按某一方法构造端处极值点并进行延拓，该类方法计算简单，综合端点附近的数据得出延拓区域的极值点，而针对非平稳信号时，仅考虑部分极值信息并不能有效地抑制端点效应；斜率匹配波形延拓是根据端处波形斜率进行匹配信号内部最优区间，并将波形复制至端处，从而抑制端点效应，但该方法限制了延拓波形的发展趋势，对振荡幅度变化大、采样频率高的信号并不适用。

因此，一般的端点效应抑制方法虽能取得较好的延拓效果，但计算复杂、运算效率较低，且需要大量的数据训练才能达到较高的准确率。

发明内容

基于此，有必要提出一种综合振动能量和斜率的EMD端点效应抑制方法，无需大量的数据训练且能通过简单的计算取得较好的延拓效果。

一种综合振动能量和斜率的EMD端点效应抑制方法，所述方法包括：

获取滚动轴承运行过程中的振动信号；

对所述振动信号进行斜率积分延拓模态分解，得到所述振动信号的极值、斜率和振动能量；

根据综合指标选取第一曲线的最优匹配曲线，其中，所述第一曲线为端处第一个极大(小)值点到相邻的极大(小)值点间的曲线；

根据所述最优匹配曲线，提取延拓信息；

根据所述延拓信息，获取延拓波形。

上述综合振动能量和斜率的EMD端点效应抑制方法，通过对振动信号波形进行分析，当振动信号发生突变时，相邻极大值点间的斜率会随之变化，即斜率是表现波形变化的重要指标，且振动信号突变时，振动能量也能够体现幅值和波形形状。斜率与振动能量是波形的重要指标，也是波形延拓的关键参考。为抑制EMD的端点效应，斜率积分延拓模态分解(SIEEMD)则是综合极值点间的斜率与积分能量，通过最优匹配曲线的斜率确定极值点，并用最小二乘-多项式进行延拓原始信号两侧的波形，以波形面积作为延拓波形的依据，分解得到的分量相似系数较高、相对误差较小，有利于故障特征信息的提取，且无需大量的数据训练即可得到较好的延拓效果。

在其中一个实施例中，所述对所述振动信号进行斜率积分延拓模态分解，包括：

计算原始振动信号的极值，记极大值集合为E_max，极大值点集合为t_max，极小值集合为E_min，极小值点集合为t_min；