频率外差经验模式分解改进算法

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1、２０１０年１０月农业机械学报第４１卷第１０期ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１０．１０．０４３频率外差经验模式分解改进算法１，２１胡红英殷福亮（１．大连理工大学电子与信息工程学院，大连１１６０２３；２．大连民族学院机电信息工程学院，大连１１６６００）【摘要】当信号中两个单频分量的频率在二倍频内时，经验模式分解（ＥＭＤ）无法将两分量分解开。为了提高ＥＭＤ的频率分辨率，根据频率外差ＥＭＤ方法提出了一种改进算法。此方法增大了信号中组成分量的频率差距，使之达到ＥＭＤ可分的程度，但不会使高低频率翻转。间隙非线性系统输出分析和转子复合故障诊断的应用表明，该算

2、法能有效提高ＥＭＤ的频率分辨率，分解精度高，操作简单。关键词：经验模式分解频率外差间隙非线性系统复合故障诊断＋中图分类号：ＴＰ３９１；ＴＰ８０６．３文献标识码：Ａ文章编号：１０００１２９８（２０１０）１００２０９０５ＩｍｐｒｏｖｅｄＡｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆＦｒｅｑｕｅｎｃｙＨｅｔｅｒｏｄｙｎｅＥｍｐｉｒｉｃａｌＭｏｄｅＤｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ１，２１ＨｕＨｏｎｇｙｉｎｇＹｉｎＦｕｌｉａｎｇ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２３，Ｃｈｉ

3、ｎａ２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＤａｌｉａｎＮａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６６００，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｗｏｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｎａｓｉｇｎａｌｗｉｔｈｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｗｉｔｈｉｎａｎｏｃｔａｖｅｕｓｕａｌｌｙｃａｎｔｂｅｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄｂｙｎｏｒｍａｌｅｍｐｉｒｉｃａｌｍｏｄｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＥＭＤ）ｍｅｔｈｏｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ａｎｉｍｐｒｏｖｅ

4、ｄｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅＥＭＤｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＴｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｅｎｌａｒｇｅｄｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｔｏｒｅａｃｈｔｈｅｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇｌｅｖｅｌｏｆＥＭＤ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｃａｎｔｂｅｔｕｒｎｏｖｅｒｗｉｔｈｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅＥＭＤｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｂａｃｋｌａｓｈｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙｓｙｓｔｅｍａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｒｏｔｏｒｃｏｍｐｌｅｘ

5、ｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｃｏｕｌｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆＥＭＤｗｉｔｈｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｐｒｏｖｅｄｔｏｂｅｆｅａｓｉｂｌｅ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＥｍｐｉｒｉｃａｌｍｏｄｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ，Ｂａｃｋｌａｓｈｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙｓｙｓｔｅｍ，Ｃｏｍｐｌｅｘｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ分量的频率在二倍频内时，ＥＭＤ无法将两者分解引言［４］开，这个缺点降低了ＥＭＤ的频率分辨率，制约了经验模式分解（ＥＭＤ）是近年来信号处理领域它在非平稳信号分析中

6、的应用。的一种新的非平稳信号处理方法。它可以将复杂的为了提高ＥＭＤ的频率分辨率，解决二倍频内分非平稳信号分解成多个基本模式分量（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ量不可分解问题，Ｄｅｅｒｉｎｇ提出了掩蔽信号ＥＭＤ［５］ｍｏｄｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，简称ＩＭＦｓ）与一个趋势项的和，是一法，但构造掩蔽信号的两个参数选取难度较大，［１～３］种完全数据驱动的自适应分解方法。而且影响了此方法的进一步推广；Ｓｅｎｒｏｙ提出了频率外［４］ＥＭＤ分解得到的每个基本模式分量都是单分量，满差ＥＭＤ方法，该方法通过频率外差使信号中高、足用Ｈｉｌｂｅｒｔ变换求瞬时频率的必要条件，从而可以低频率分量产生频率翻转，即信号中

7、的高频分量变更精确地描述信号的时频特性。但是ＥＭＤ在实际成低频，低频分量变成高频，从而扩大高、低频之间应用中还存在一些缺点，最突出是当信号中两组成的差距，达到ＥＭＤ可分解的目的。因为频率外差收稿日期：２００９０９０７修回日期：２００９１０１０国家自然科学基金资助项目（５０７７５０２５）和中央高校基本科研业务费专项资金资助项目作者简介：胡红英，副教授，博士后，主要从事故障诊断、信号处理研究，Ｅｍａｉｌ：ｙ＿ｙ＿ｗｈｏ＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：殷福亮，教授，博士生导师，主要从事数字信号处理、