EMD端点效应的改进型混沌延拓方法及其在机械故障诊断中的应用

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1、振动与冲击第30卷第11期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVo1．30NO．11201lEMD端点效应的改进型混沌延拓方法及其在机械故障诊断中的应用蔡艳平，李艾华，石林锁，何艳萍，赵静茹(第二炮兵工程学院五系，西安710025)摘要：针对经验模态分解(EmpiricalModeDecomposition，EMD)的端点效应问题，分析了三次样条插值产生端点效应的机理，指出了现有延拓方法的不足，提出采用Lyapunov指数预测模型进行边界延拓，以此减小端点效应在经验模态分解过程中产生的影响

2、。在采用最大Lyapunov指数法进行边界延拓时，针对Lyapunov指数预测模型所表示的平均发散度仅是轨道演化规律的一个近似模型，提出采用局域发散度代替最大Lyapunov指数进行改进，以改进预测模型的预测精度。基于改进型Lyapunov指数边界延拓方法，由于引入时间序列预测模型使端点处的延拓更加合理，所延拓数据更加趋于真实，在希尔伯特一黄变换(Hilbert—HuangTransform，HHT)实现过程中仅需一次延拓，实现了准确的EMD分解。仿真计算和转子系统故障试验分析结果表明，所用方法可以有效解

3、决EMD的端点效应问题。关键词：经验模态分解；端点效应；边界延拓；Lyapunov指数；故障诊断中图分类号：TP271；TH17文献标识码：AProcessingmethodforendefectsofEMDbasedonimprovedchaosforecastingmodelanditsapplicationinmachineryfaultdiagnosisCAIYan-ping，111Ai—hua，SHILin一$UO，HEYan-ping，ZHAOring—FU(DepartmentNo．5，th

4、eSecondArtilleryEngineeringCollege，Xi’an710025，China)Abstract：Theboundaryeffectofempiricalmodedecomposition(EMD)，thatappearswhenusingsplineinterpolationtogettwoenvelopsofthedata，wasdiscussed．Thesho~ageofordinaryboundaryextendingmethodswaspointedout．Anexte

5、ndingmethodbasedonLyapunovexponentforecastingmodelwasproposed．AfteranalysingthedisadvantagesofLyapunovexponentforecastingmodel，anewmodifiedforecastingmodelbasedonlocalradiationdegreewasputforward．Byusingtheimprovedmodel，thedatasequencewasextendedbyaddings

6、omepredictedpoints，untilanewlocalmaximumorminimumpointemerges．Theerroroccurringattheoriginalboundaryisreducedwhenspliningenvelopofthedataandtheempiricalmodedecompositioncanbeprocessedmoreexactly．Bycomparingthemethodwithothers，itcanbefounditiseffectivewhen

7、dealingwiththeendpointeffectofEMD．Themethodwasusedinfaultdiagnosisofrotatingmachineryandtheresultsdemonstratethatboundaryeffectscanbecontroledeffectivelyandfaultscanberecognizedexactly．Keywords：empiricalmodedecomposition；endeffects；boundaryextending；Lyapu

8、novexponent；faultdiagnosis1998年，Huang提出了基于经验模态分解的类方法：EMD算法，EMD算法和与之相应的Hilbe~谱统称为(1)极值点预测法，如陈忠等人提出了通过添加Hilben—Huang变换。Hilben-Huang变换方法在处理非极值点抑制端点效应的方法，刘慧婷等人提出'r基平稳、非线性信号方面具有独特的优势，但此方法在实于多项式拟合的端点效应处理方法等；际应用中还存在一些问题，其中