基于边界特征尺度匹配延拓的emd改进方法及应用_时培明

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1、中国机械工程第２５卷第１２期２０１４年６月下半月基于边界特征尺度匹配延拓的ＥＭＤ改进方法及应用时培明１１１２蒋金水刘彬王俊１．燕山大学，秦皇岛，０６６００４２．河北建筑设计研究院有限责任公司秦皇岛分公司，秦皇岛，０６６００４摘要：针对经验模态分解（ｅｍｐｉｒｉｃａｌｍｏｄｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＥＭＤ）中存在的端点效应问题，提出一种边界局部特征尺度延拓的ＥＭＤ改进方法。通过计算信号边缘处与信号内部任何一段子波的匹配误差，确定信号的规律性强弱。在信号内在规律性较强的情况下，进行内在的匹配波形延拓，最大限度地维护信号的内在趋势；在信号规律性较弱的情况下

2、，特别是信号边缘发生异常变化的情况下，只考虑边缘处的局部信息，根据边缘局部极值点的特征进行延拓，对延拓的极值点序列进行包络拟合，估计出均值曲线。该方法保证了信号有效数据的正确分解，提高了信号的分解精度，实现了ＥＭＤ算法的改进。仿真实验验证了该方法能较好地抑制ＥＭＤ端点效应。关键词：ＥＭＤ；端点效应；特征尺度延拓；轧机扭振信号中图分类号：ＴＨ１３３；ＴＨ１６５ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４－１３２Ｘ．２０１４．１２．０１１ＩｍｐｒｏｖｅｄＭｅｔｈｏｄｏｆＥＭＤａｎｄＩｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＢａｓｅｄｏｎＢｏｕｎｄａｒｙＣｈａｒａｃｔｅ

3、ｒｉｓｔｉｃＳｃａｌｅＭａｔｃｈｉｎｇＥｘｔｅｎｓｉｏｎＭｅｔｈｏｄ１１１２ＳｈｉＰｅｉｍｉｎｇＪｉａｎｇＪｉｎｓｈｕｉＬｉｕＢｉｎＷａｎｇＪｕｎ１．ＹａｎｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ，Ｈｅｂｅｉ，０６６００４２．ＨｅｂｅｉＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．ＱｉｎｈｕａｎｇｄａｏＢｒａｎｃｈ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ，Ｈｅｂｅｉ，０６６００４Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＦｏｒｔｈｅｅｎｄｅｆｆｅｃｔｓｏｆＥＭＤ，ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｅｘｔｅｎｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ

4、ｂａｓｅｄｏｎｂｏｕｎｄａｒｙｌｏｃａｌｆｅａｔｕｒｅｓ．Ｂｙｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｍａｔｈｃｉｎｇｅｒｒｏｒｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｗａｖｅａｎｄａｎｙｉｎｔｅｒ－ｎａｌｓｉｇｎａｌｗａｖｅ，ｔｈｅｒｅｇｕｌａｒｉｔｙｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｓｉｇｎａｌｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｉｎｔｈｅｃａｓｅｔｈａｔｔｈｅｉｎｈｅｒｅｎｔｒｅｇｕｌａｒｉ－ｔｙｗａｓｓｔｒｏｎｇ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｗａｖｅｆｏｒｍｍａｔｃｈｉｎｇｅｘｔｅｎｓｉｏｎｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｍａｉｎｔａｉｎｔｈｅｉｎｈｅｒｅｎｔｔｅｎｄｅｎｃｙｔｏｔｈｅｇｒｅ

5、ａｔｅｓｔｅｘｔｅｎｔ．Ｗｈｉｌｅｔｈｅｓｉｇｎａｌｗａｓｗｅａｋｒｅｇｕｌａｒｉｔｙａｎｄｔｈｅｓｉｇｎａｌｅｄｇｅｗａｓｃｈａｎｇｅｄａｂｎｏｒｍａｌｌｙ，ｔｈｅｌｏｃａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｔｔｈｅｅｄｇｅｓｗａｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｏｎｌｙｔｏｃｏｎｄｕｃｔｔｈｅｅｘｔｒｅｍｅｐｏｉｎｔｅｘｔｅｎ－ｓｉｏｎ．Ｔｈｕｓｔｈｅｅｘｔｒｅｍｅｐｏｉｎｔｓｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｆｉｔｅｎｖｅｌｏｐｅｃｕｒｖｅｔｏｒｅａｌｉｚｅｅｘｔｅｎｓｉｏｎ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｅｎ－ｓｕｒｅｓｔｈａｔｔｈｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｖａｌｉｄｄａｔａｉｓｃｏｒ

6、ｒｅｃｔ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙ．Ｓｉｍｕ－ｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃａｎｓｕｐｐｒｅｓｓｅｎｄｅｆｆｅｃｔｏｆＥＭＤｍｅｔｈｏｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｍｐｉｒｉｃａｌｍｏｄｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＥＭＤ）；ｅｎｄｅｆｆｅｃｔ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｃａｌｅｅｘｔｅｎｓｉｏｎ；ｔｏｒ－ｓｉｏｎａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｏｆｒｏｌｌｉｎｇｍｉｌｌ０引言ＥＭＤ时频分析具有较好的时频聚集性、自适应的在大型旋转机械的实际运行中，普遍存在诸多分辨率特性、信号的

7、正交性和完备性以及ＩＭＦ如瞬变、调幅或调频等非平稳、非线性信号，对这分量的调制特性等优点，克服了传统方法的不足。类信号振动特征的准确提取尤为重要。ＥＭＤ时自ＥＭＤ方法问世以来，它就引起了众多学者的频分析是一种新的自适应的时频分析方法［１］，适广泛关注，已被应用于设备诊断、结构分析等领［２－５］合处理非线性、非平稳信号。它根据信号的局部域。端点效应是影响ＥＭＤ分解的一个重要时变特征进行自适应的时频分解，成为有限个满因素，它是指求包络平均的过程中，无法确定端点足Ｈｉｌｂｅｒｔ变换的具有不同特征的内禀模态函数的极值点位置，从而产生拟合误差，导致边界发散（ｉｎｔ

8、ｒｉｎｓｉｃｍｏｄｅｆｕｎｃｔｉｏｎ，ＩＭＦ），由此得到的的一种现象。针对这一问