转子振动信号消噪方法研究(精)
LLE在转子故障信号消噪及维数约简中的应用
选题意义
流形学习 揭示掩盖在复杂数据背后 潜在结构的数据驱动方法
局部线性嵌入（Local Linear Embedding） 保证将流形上近距离的点 映射到低维空间依然是近邻点 Wij 平移 展缩 旋转不变 邻近点关系 计算时间快
一、选题意义
国内外发展现状
数据可视化
天文数据处理 信息检索 语音信号处理
特征提取
选取故障若干样本点
增加若干数据测试点 LLE特征提取 ILLE特征提取
效果对比
总结归纳
三、研究方法
可行性分析
坚实理论基础 诸多领域的广泛应用 前期成果积累
良好实验设备
三、研究方法
创新性
增强算法的实时性和非线性 更好分离噪声信号
剪枝原理 统计距离
LLE 降噪 改进的LLE
为快速准确处理增量数据
Nonlinear dimensionality reduction by locally linear embedding 模式识别 图像处理 故障诊断领域研究较少
非线性流形学习降噪 特征提取
二、研究内容
研究目标
更适用于转子故障诊断
1. 提升LLE运算速度与精度
2. 提高转子降噪方法性能
3. 增强特征提取能力
二、研究内容
需解决的关键问题
1. 如何确定K值 2. 如何选择邻域数目 3. 如何给类间距离加权
三、研究方法
技术路线
文献研究法 实验对比法
振动信号采集
信号降噪
特征提取
实验验证
性能改进
分析结果
三、研究方法
实验方案
降噪实验
模拟降 噪 LLE 降噪 分析结果 分析结果 总结归纳
基于数学形态学的旋转机械振动信号降噪方法.
第４２卷第４期２００６年４月机械工程学报ｖ０１．４２Ｎｏ．４ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＡｐｒ．２００６基于数学形态学的旋转机械振动信号降噪方法木胡爱军１唐贵基１安连锁２（１．华北电力大学机械工程学院保定０７１００３；２．华北电力大学动力工程学院保定０７１００３）摘要：基于数学形态学实现振动信号降噪。
研究了数学形态滤波器对振动信号在不同类型、不同强度噪声干扰下的降噪能力，提出了采用开一闭和闭一开组合数学形态滤波器实现旋转机械振动信号降噪处理的方法。
通过仿真计算及实例，检验了形态滤波器的滤波效果，表明数学形态滤波器可以有效剔除脉冲、降低随机噪声干扰，提高振动信号的信噪比。
对强烈噪声干扰采用傅里叶变换与形态滤波器结合的处理方法可以取得明显的滤波效果。
并具有算法简单、运算速度快的特点。
关键词：数学形态学旋转机械滤波器振动噪声中图分类号：ＴＮ９１１０前言振动信号分析是旋转机械状态监测与故障诊断中应用最广泛的方法。
在实际工程测量中，现场采集的振动数据往往被各种噪声污染，在某些情况下噪声干扰甚至大于实际的真实信号，信号降噪成为动态信号测试和设备故障诊断研究的重要内容。
近年来基于小波分析等对信号奇异性特征提取ｕＪ的故障早期诊断取得了一定进展，然而这些研究多是在无噪声情况下进行的，由于小波对噪声和微弱信号同样敏感，降噪也成为其工程应用的重要内容。
数字滤波器是振动信号预处理的常用手段，大多数场合已代替了传统的模拟滤波器。
常用的数字滤波器有时域平均法、ＩＩＲｆＦＩＲ滤波器及小波滤波剁２】等。
时域平均方法在具体实施过程中需要对大量的数据进行处理，且要求有时标信息的支持；小波降噪技术的降噪效果则在很大程度上取决于滤波器性能的优劣，即选择不同的滤波器所得的降噪效果也有所区别。
另外，数字滤波器由于基于时域、频域或时频域（如小波）构建，存在着诸如时滞、相移等缺点；对于信号频率和噪声干扰的频率重叠在一起的情况，常用滤波器都无法将两者区分开来。
物理实验技术中的振动信号处理方法与技巧
物理实验技术中的振动信号处理方法与技巧振动信号是物理实验中常见的一种信号，它包含了丰富的物理信息。
在物理实验中，如何正确有效地处理振动信号，对于研究现象、分析数据以及获得准确结果至关重要。
本文将介绍几种常用的振动信号处理方法与技巧，帮助实验人员充分利用振动信号的信息。
一、去噪方法与技巧在实验中，振动信号常常受到各种干扰，如电磁干扰、机械噪声等，这些干扰会降低信号的质量。
为了保证振动信号的准确性，必须对其进行去噪处理。
1.数字滤波器数字滤波器是一种常用的去噪方法。
常见的数字滤波器有低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。
低通滤波器可以过滤高频噪声，而高通滤波器则可以过滤低频噪声。
根据实验需求选择合适的滤波器，可以有效去除噪声。
2.小波变换小波变换是一种时频分析方法，可以将信号分解为不同频率的小波子信号。
通过选择合适的小波基函数和尺度，可以将噪声与信号有效分离，从而去除噪声。
小波变换在去噪中具有一定的优势，尤其适用于非平稳信号。
二、频域分析方法与技巧频域分析是振动信号处理中的一个重要步骤，它可以将时域信号转换为频域信号，进一步分析信号的频率成分、幅度、相位等信息。
1.傅里叶变换傅里叶变换是频域分析的基础方法之一，它可以将信号在时域和频域之间进行转换。
实验人员可以通过傅里叶变换得到信号的频谱图，进而分析信号的频率成分。
傅里叶变换的优点是简单易懂，但在处理非平稳信号时存在一定局限性。
2.短时傅里叶变换短时傅里叶变换是一种改进的傅里叶变换方法，可以处理非平稳信号。
它将信号分成若干小段，在每一段上进行傅里叶变换，然后通过描绘频率随时间变化的谱图来揭示信号的时频特性。
短时傅里叶变换在振动信号分析中应用广泛。
三、谐波分析方法与技巧谐波分析是对振动信号进行频域分析的一种方法，它可以分析信号中不同频率的谐波成分，揭示信号的特征和规律。
1.快速傅里叶变换快速傅里叶变换是一种高效的频域分析方法，可以快速计算信号的频谱。
通过快速傅里叶变换，可以快速得到信号中各个频率的幅度和相位信息，进而分析信号中的谐波成分。
基于相关系数的EEMD转子振动信号降噪方法
平 稳 特性 ， 增加 了降噪难 度 。同时 ， 子 振动信 号具 转 有 周期 性 强 的特点 ， 即其 特征 频率 与转速 密切 相关 ， 因此 在 降 噪 时需 要 转速 信 息 ， 降噪 效 果受 转 速 信 且
息 的影 响 。
保 留下 的 Ｉ ＭＦ分 量重 构得 到 降 噪后 的信号 ， 具 体 未 说 明去 除或保 留 Ｉ ＭＦ分量 的方法 。
常 见 的 降噪 方 法 中 ， 于 传统 傅 里 叶 变换 的降 基
噪 方 法存 在 保护 信 号 边缘 和 抑制 噪声 之 间 的矛 盾 ，
难 以正 确识 别信 号 中的 噪声并加 以去 除 。基 于 小波 变换 的降 噪方法 ［ １ 非平 稳信 号 降噪 ， 比传统 的 对 要
滤 波 降 噪方 法效 果 好 ， 这种 方 法在 对 转 子振 动 信 但 号 降 噪时 存在 以下 问题 ［３：． １］ａ 信号 采样 频 率对 小波 ＿
陈仁 祥 ， 汤 宝平 ， 吕 中亮
（ 庆 大 学 机 械 传 动 国家 重 点 实验 室 重
摘要
重庆 ，Ｏ Ｏ Ｏ ４Ｏ３）
针 对 转 子 振 动信 号 周 期 性 强 的特 点 ， 用 集 合 经 验 模 式 分 解 （ｎｅ ｌ ｅ ｉｃｌ ｄ ｅｏ ｏｉｏ ， 称 应 ｅ ｓｍｂｅ ｍｐｒ ａ ｍｏ ｅｄｃ ｍｐ ｓ ｉｎ 简 ｉ ｔ
具 有 脉 冲干扰 或 奇异 点 等 异 常事 件 ， 致模 式 混 叠 导 现象 ， 因此 Ｅ ＭＤ 适用 于对 转 子振 动信 号 降噪 。文 Ｅ
的振 动信 号 往往 受到 噪声 干扰 。在转子 系统 发生 故
障时 ， 这些 干 扰 使 故 障特 征 难 以提 取 ； 因此 ， 提 取 在
转子振动信号消噪方法研究
∑g k- 2na k
( 5)
( 3) 启发式最优阈值估计, 实际上是将前面两 种阈值估计综合起来考虑。 当信噪比较大时, 用固定 阈值 ; 当信噪比较小或扰动较大时 , 用无偏似然估计 原理确定阈值。 ( 4) 极大极小值原理估计。 对于不同性质的信号, 应该选用不同的阈值估 计方法。 经过比较, 本文采用启发式最优阈值估计方 法对每一尺度下的小波分解系数分别确定阈值, 不 同尺度下的小波系数具有不同的阈值。
～ ～
( 6)
3 消噪结果分析
f ( x ) = A J 1f ( x ) =
～
∑C
k ∈Z
~J
1
k J k
1
( x)
( 7)
其 中: f ( x ) 表示消噪后的信号; H * 和 G * 分别表示 低通滤波器 H 和高通滤波器 G 的共轭算子。 小波阈值法消噪的基本步骤如下 : ( 1) 小波分解; ( 2) 阈值估计和阈值处理 ; ( 3) 信号重构。 小波阈值法消噪中 , 最简单的是硬阈值法, 即把 小波系数中小于和等于阈值的系数全部置零 , 大于 阈值的系数则保持不变 , 即 ~ d i, j = 0 d i, j d i, j ≤ d i, j > i ∈ I ( 8)
图 4 时域平均后的振动信号 ( 4000 r / min ) 图 3 转速为 4000 r / min 时振动传感器 的输出信号
时域平均后的波形。 对比图 3 可以看出 , 此时信号的 信噪比已经有了明显的提高, 噪声被大大抑制。 虽然 测试信号中的干扰噪声并不是完全意义 上的白噪 声, 但实际消噪效果表明 , 时域平均法用于抑制这种 干扰噪声是可行的。 2. 2 小波软阈值消噪法 由于小波在时域和频域都具有良好的局部化特
大型旋转机械非平稳振动信号的EEMD降噪方法_曹冲锋
振 动 与 冲 击第28卷第9期J O U R N A LO FV I B R A T I O NA N DS H O C KV o l .28N o .92009 大型旋转机械非平稳振动信号的E E MD 降噪方法基金项目:国家自然科学基金(50675194)、国家863(2008A A 04Z 410)资助项目收稿日期:2008-10-20 修改稿收到日期:2008-11-21第一作者曹冲锋男,博士生,1979年生通讯作者杨世锡男,教授,博士生导师,1968年生曹冲锋,杨世锡,杨将新(浙江大学机械工程系国家重点实验室,杭州 310027) 摘 要:针对现有各种降噪方法处理非平稳机械振动信号存在的缺点,提出一种基于辅助白噪声经验模式分解技术来自适应实现旋转机械非平稳振动信号降噪。
该方法是一种集成的经验模式分解(E n s e m b l e E m p i r i c a l m o d e d e c o m p o s i -t i o n ,E E M D )降噪算法,利用正态分布白噪声在经验模式分解中具有的二进尺度分解特性,可以有效抑制常规经验模式分解降噪算法处理非平稳振动信号时产生的模式混叠现象。
通过仿真计算和转子启动过程试验振动信号对新降噪方法、经验模式分解降噪方法及小波降噪方法的性能进行了比较测试,结果表明,在非平稳机械振动信号降噪方面,新降噪方法具有更高的信噪比,不仅能够消除高斯噪声,而且能够有效降低脉冲干扰,提取出反映信号实际物理意义的振动固有模式。
关键词:降噪;旋转机械;启动过程;振动信号;集成经验模式分解中图分类号:T N 911.7;T H 165.3 文献标识码:A 大型旋转机械在启动阶段,振动信号非平稳特征突出、频谱结构变化大,蕴含着有关设备丰富的动力学特性与故障征兆信息[1-2]。
因此,启动过程中振动信号的分析方法研究对于旋转机械的状态监测和早期故障诊断至关重要。
转子压缩机降噪原理
转子压缩机降噪原理
转子压缩机降噪的原理可以通过以下几个方面实现：
1.减少机械噪音：转子压缩机中的机械噪音主要来自于旋转部件（如转子、轴承）和传动系统。
降噪的一种方法是通过优化机械部件的设计和制造工艺，减少机械振动和共振现象，从而降低机械噪音。
例如，采用精密制造和平衡技术，减少转子和轴承的不平衡和振动。
2.采用隔振和吸音材料：在转子压缩机的结构中加入隔振和吸音材料，可以有效地吸收和分散噪音的能量，减少传播和辐射。
例如，在机壳内部或隔板上应用吸音材料，以减少噪音传播。
3.声学屏蔽：通过在转子压缩机周围安装声学屏蔽罩或隔音墙，形成一个密闭的空间，将噪音从环境中隔离出来，从而降低对外部环境的噪音干扰。
4.控制气动噪音：转子压缩机中的气流和气体流动会产生气动噪音。
通过优化气流通道的设计、减少流体动力噪音源，例如，采用减振罩、消声器等装置来控制气动噪音的产生和传播。
5.控制电磁噪音：有些转子压缩机具有电动机驱动，电动机本身会产生电磁噪音。
通过采用隔磁材料、电动机外部屏蔽等方法来减少电磁噪音的产生和传播。
通过优化机械设计、使用隔振和吸音材料、声学屏蔽、控制气动和电磁噪音等措施，可以降低转子压缩机的噪音水平。
空调压缩机振动噪声抑制方法研究
空调压缩机振动噪声抑制方法研究摘要：振动和噪声性能是评价家用空调舒适性和产品品质的一项重要指标。
本文从空调驱动电机的角度，分析空调噪声的产生机理，探究降低压缩机振动和噪声的控制策略，降低空调的噪声水平，改善空调系统的性能，提高用户舒适性。
关键词: 空调；永磁同步电机；电磁激振力波；转矩补偿；重复控制1引言采用永磁同步电机驱动的空调压缩机具有效率高、体积小、重量轻、功率密度高、节能效果显著的优点，在空调中应用越来越广泛。
随着空调的大规模应用，空调运行带来的振动和噪声越来越受到人们的重视。
振动和噪声给人们带来了不适，损害人们身体健康。
空调压缩机的振动和噪声来源机理复杂，涉及机械学、电机学、动力学、电磁学、控制理论和数学分析等学科。
研究如何有效的降低空调的振动和噪声，具有重要意义。
2空调压缩机噪声机理分析永磁同步电机的定子齿和槽构成了不同的磁路长度，产生导磁性能差异。
导磁性能的不同使转子对应齿和槽的不同位置产生不同的磁力线分布。
电机转子的永磁磁极旋转到定子齿的位置时，由于磁阻相对较小，电磁力增大。
当永磁磁极旋转到定子齿槽的位置时，由于磁阻相对较大，电磁力减小。
电磁力在定子齿和槽位置的变化的使定子铁心产生拉伸和收缩效应，使得定子的结构沿着直径发生变形，由此产生了径向电磁激振力谐波[1]。
电机运行时永磁磁极和齿槽相互作用产生的径向电磁激振力谐波，导致电机产生明显的振动和噪声。
电磁力的切向分量产生驱动电磁转矩，而电磁力的径向分量会引起定子变形，能够引起电机定子的机械振动，产生径向电磁振动噪声[2]。
除了径向电磁激振力谐波产生径向电磁振动噪声之外，压缩机转子回转质量的不平衡会产生机械转动噪声，制冷剂在压缩和膨胀过程中会产生射流噪声和涡流噪声。
压缩机的内部的振动会传到壳体上产生压缩机壳体的振动和声辐射。
空调压缩机的振动噪声机理和传递途径结构框图如图1所示。
图1 空调压缩机的振动噪声机理和传递途径结构框图3转矩脉动补偿控制策略研究提高压缩机的效率，降低振动和噪声是滚动转子压缩机的重要研究方向。
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除了将小于阈值的系数置零外1还将那些大于阈值的系数向零缩减1即
R K S 13 ‘ a \&R S 13(&U R S 13U 0V (7
S , X &b (
其中! ‘ a \&(表示取符号操作1操作符&c(7表示
&’ (7
’ ’W T
@
T ’L T
&5T (
软阈值消噪有效地克服了硬阈值消噪的不连续
9=A控制器是一个利用大功率电子元件的开关特性来调制固定电压的直流电源#
它以一个固定的频率接通和断开#通过改变一个周期内.接通/和.
断开/时间的长短#改变直流电动机电枢上电压的.占空比/#从而改变电压的大小#控制电动机的转速*在本试验台中#9=A控制器给测试信号带来了很大的电磁干扰*在实验中发现#只要给9=A控制器接通电源#在测试系统中就会出现很强的干扰信号*图I所示为9=A控制器电源接通但转子还没有转动时振动传感器的输出信号"在本文中#如无特别说明#信号采样频率皆为I &J K L
*由于此时转子第I M卷第’期I &&M年%I月
振动0测试与诊断
N B :52D ; B O P >Q 5D 3>B 2#A4D <:54R 423S G >D T 2B <><
P B ; -I M, B -’
G 4U -I &&M
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国家自然科学基金资助项目"编号V W (((&’ $I *
收稿日期V I &&I C &(C &I X修改稿收到日期V I &&I C %&C I (*
图%转子试验台示意图
感器#用于测量转子的径向振动位移信号*转子的一端安装有一个采样触发圆盘#圆盘上有一个小孔*在垂直于采样圆盘并对准小孔的圆周位置处安装有一个电涡流传感器#用于产生采样触发信号#使得每次采样开始时转子处于相同的位置#从而保证采样信号具有相同的初始相位*传感器的输出信号经由9E 1C (%%F G H数据采集卡进入计算机*
的远程实验6%7#基本实现了远程试验台控制0数据采集和数据分析功能#初步建立了一个多功能网上实验室*由于转子试验台的测试信号中存在相当大的干扰噪声#转子的振动信号几乎被噪声淹没#为此本文对如何提高转子振动信号的信噪比进行了深入研究#提出采用时域平均和小波软阈值消噪相结合的方法对振动信号进行消噪处理*
问题1得到了广泛的应用6
小波阈值法消噪中1阈值的正确估计是一个十分重要的问题6一般有以下D种常用的阈值估计方
法!
&5(基于无偏似然估计原理的自适应阈值估计6
&$(固定阈值估计1即V
其中e表示小波分解系数的长度6
&>(启发式最优阈值估计1
实际上是将前面两种阈值估计综合起来考虑6当信噪比较大时1用固定阈值Q当信噪比较小或扰动较大时1用无偏似然估计原理确定阈值6
(&>(
其中!低通滤波器8作用在一个序列? @? +A +,-的
效果为
&8? (B
*+,-
C
+0$B ? +&D (
高通滤波器9的作用效果为
&9? (B
*+,-
E
+0$B ? +
&F (
其中! @C +A +,-和@E +A +,-是由给定的多分辨率分析确定的镜象滤波器6在按照Βιβλιοθήκη H I I H J算法将%&’
R K S 13 T U R S 13
U L V R S 13U R S 13
U W V S , X &Y (
其中! R K S 13
表示经过硬阈值处理后的小波尺度3上的第S个小波系数Q V表示阈值Q X表示整个下标集6
硬阈值消噪的缺点是1经过阈值化处理的系数幅值分布是不连续的1这使得消噪信号会出现相应的噪声成分6因此1Z [\[][提出了软阈值消噪方
转子振动信号消噪方法研究
!
王成栋
朱永生
张优云
"
西安交通大学润滑理论及轴承研究所西安#$%&&’ (
摘要
针对转子振动信号周期性强而噪声信号具有随机性的特点#本文将时域平均法和小波软阈值消噪法相结
合#先对振动信号进行时域平均#再对平均后的结果进行小波软阈值消噪处理*实验结果表明#这两种方法相结合#可以有效地去除振动信号的干扰噪声#提高信号的信噪比#取得良好的降噪效果*关键词
时域平均
小波变换
软阈值
消噪
中图分类号
+, (
%%-$引言
对信号进行有效的分析必须在信噪比尽可能高
的情况下进行#如果测试信号的信噪比较低#就必须设法对信号进行消噪处理#
提高信噪比*在实际工程应用中#常常存在噪声干扰很严重的信号*因此#如何提高信号的信噪比就成为一个基本问题*西安交通大学润滑理论及轴承研究所自行开发研制的.小型多功能转子试验台/#是为开展振动测试0故障诊断和转子动力学等方面的研究而研制的一个多功能平台#目前已在上面实现了基于12345243
(&N (
得到消噪后的信号
%O
&’ ( " #5%O
&’ (
*+,-
.
K
#5+/#5
+&’ (&P (
其中! %O
&’ (表示消噪后的信号Q 8M和9M
分别表示低通滤波器8和高通滤波器9的共轭算子6
小波阈值法消噪的基本步骤如下! &5(小波分解Q &$(阈值估计和阈值处理Q
&>(信号重构6
小波阈值法消噪中1最简单的是硬阈值法1即把小波系数中小于和等于阈值的系数全部置零1大于阈值的系数则保持不变1即
8测试系统简介及其噪声来源分析
小型多功能转子试验台主要由转子试验台0电机转速控制器和测控系统构成#图%为转子试验台
测试系统示意图*脉冲宽度调制" 9:; <4=>? 3@AB? C :; D 34? #简写为9=A控制器用于控制直流电动机的启停和转速#既可手动控制也可由计算机控制*在
质量圆盘的圆周上安装有两个互相垂直的电涡流传
万方数据
转子振动信号消噪方法研究
万方数据
其中! " #$%&’ ( *+,-. #$+/#$
+&’ (是信号频率低于$0#$的成分1而23%&’ ( *+,-
43+
&’ (是信号频率介于$03
与$
0&305(
的成分6这一分解过程可写成如下形式
. 375 8. 3
2375 9. 3
&3 #51#5751=1#$05
(分解之后1如果能够根据先验知识将分解系数的信号部分和噪声部分区分开来1
就可以对分解系数进行处理1将对应噪声部分的分解系数置零1形成新的小波系数. K #$
和2K 3ȿL 3L #$(1然后再按GH I I H J重建算法. K 305 8M . 379M 2K 3
&3 #$1#$051=1#575