刘尚坤， 唐贵基， 王晓龙

(华北电力大学机械工程系， 河北 保定 071003)

基于改进变分模态分解的旋转机械故障时频分析方法①

刘尚坤， 唐贵基， 王晓龙

(华北电力大学机械工程系， 河北 保定 071003)

变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)算法作为一种新的多分量信号分解方法，采用频域迭代的求解方式，具有明确的理论基础和高的分解精度，为了自适应确定其分解分量的个数，以互信息为判据对原方法进行了迭代停止条件的改进，并结合Teager能量算子具有对单分量信号解调速度快、精度高的优点，提出了Teager-VMD时频分析新方法。仿真信号分析表明该方法能将含有变频、频率突变和频率相近的多分量信号进行有效的分离；实测转子系统局部碰摩、油膜振荡信号分析表明，该方法能够精确提取各分量的清晰时频特征，能准确地辨别碰摩故障的严重程度和诊断油膜振荡故障，较HHT方法精确有效，具有一定的工程应用价值。

故障诊断；时频分析； 碰摩；Teager能量算子； 油膜振荡

引 言

汽轮机等旋转机械由于结构复杂、工况多变，故障振动信号常表现为多分量非平稳特点。由于时频分析方法能同时提供非平稳信号在时域和频域的局部化信息而得到了广泛的应用[1-6]，而对多分量信号分析的关键是找到一种有效的信号分解方法[1]。针对这一问题学者们进行了不断的探索，文献[2]利用希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform，HHT)分析和监测裂纹转子的瞬态响应，文献[3]利用建立在EMD基础上的Teager-Huang对转子碰摩故障进行了诊断，但由于EMD存在模式混淆、过包络、欠包络等问题[4]影响分析效果；……