本發(fā)明屬于信號(hào)處理領(lǐng)域，具體涉及一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)降噪方法。該旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)降噪方法可以很好的完成在強(qiáng)噪聲背景下的振動(dòng)信號(hào)降噪處理，而且能夠較好的保證原始信號(hào)的完整性，更有利于后期信號(hào)的分析處理。

背景技術(shù)：

在機(jī)械設(shè)備中，旋轉(zhuǎn)機(jī)械具有重要的地位，其性能的好壞，直接影響著機(jī)械設(shè)備的壽命和可靠性。因此，對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行降噪具有重要的意義。但通常采集到的振動(dòng)信號(hào)含有大量噪聲信號(hào)，去噪效果的好壞將直接影響到后期信號(hào)的分析與檢測(cè)，降噪未完全的信號(hào)有可能帶來(lái)錯(cuò)誤的檢測(cè)與診斷，給整個(gè)機(jī)械設(shè)備帶來(lái)巨大隱患。

目前研究人員已經(jīng)提出了很多振動(dòng)信號(hào)降噪方法，如eemd方法、形態(tài)學(xué)方法、小波方法等。但在強(qiáng)背景噪聲下，現(xiàn)有降噪方法存在很多不足，如eemd降噪方法雖然對(duì)振動(dòng)信號(hào)具有很好的降噪效果，但無(wú)法保留信號(hào)的完整性；廣義形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)元素選取存在的速度慢、適應(yīng)性差及不能很好接近待分析信號(hào)等問(wèn)題。這些問(wèn)題就使得后期對(duì)于振動(dòng)信號(hào)的分析和處理造成很大干擾，嚴(yán)重影響到信號(hào)診斷的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)降噪方法，該降噪方法不僅具有降噪效果好、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，而且可以很好的保證原始信號(hào)的完整性，使其可以更好的滿足旋轉(zhuǎn)機(jī)械對(duì)于振動(dòng)信號(hào)采集、預(yù)測(cè)等需求。

解決本發(fā)明技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是提供一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)降噪方法其特征在于包括以下步驟：

步驟（1）：對(duì)原始采集信號(hào)進(jìn)行eemd分解，獲得n個(gè)imf分量；

步驟（2）：通過(guò)改進(jìn)的遺傳算法對(duì)廣義形態(tài)學(xué)的結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行最優(yōu)選取；

步驟（3）：將n個(gè)imf分量分別通過(guò)改進(jìn)的廣義形態(tài)學(xué)濾波器進(jìn)行信號(hào)降噪。

一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)降噪方法，其特征在于，所述步驟（2）還包括：采用不同形狀的結(jié)構(gòu)元素級(jí)聯(lián)而成，構(gòu)造了一種由兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)元素構(gòu)成的開(kāi)—閉和閉—開(kāi)的廣義形態(tài)濾波器，從而解決傳統(tǒng)形態(tài)濾波器中存在的輸出統(tǒng)計(jì)偏倚的問(wèn)題。

考慮到主要是提取旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)信號(hào)，為滿足響應(yīng)快、降噪效果好的要求，采用直線形和圓盤(pán)形兩種不同的結(jié)構(gòu)元素；直線形結(jié)構(gòu)元素具有運(yùn)算量小，響應(yīng)快等特點(diǎn)；圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)元素對(duì)振動(dòng)信號(hào)的降噪效果最優(yōu)。

通過(guò)改進(jìn)的遺傳算法對(duì)兩種不同的結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行最優(yōu)解選取，具體定義如下：

定義函數(shù)f（x）在區(qū)間[a,b]范圍內(nèi)，a、b為整數(shù)；

求出區(qū)間（a,b）的中點(diǎn)c,并計(jì)算出f(c)；

比較f(a)、f(b)的大小，其中大的一組定義為α、f(α)；

比較f(c)與f(α)的大小，其中大的一組重新賦值給α、f(α)；

判斷是否達(dá)到最優(yōu)值。若達(dá)到最優(yōu)值，即不再有可取的整數(shù)x值；否則，重復(fù)—。

結(jié)構(gòu)元素參數(shù)的選取，通過(guò)信噪比來(lái)衡量，信噪比越大，則選取的結(jié)構(gòu)元素參數(shù)越好；公式如下：

y1為原始信號(hào)的平方和，y2為噪音信號(hào)的平方和，y為信噪比。

附圖說(shuō)明

圖1為本降噪方法的流程圖。

圖2為不含噪聲的仿真信號(hào)。

圖3為含躁的仿真信號(hào)。

圖4為eemd分解后的imf分量。

圖5為直線形結(jié)構(gòu)元素。

圖6為圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)元素。

圖7為經(jīng)過(guò)改進(jìn)廣義形態(tài)學(xué)濾波器去噪后的imf分量。

圖8為現(xiàn)有方法去噪后的仿真信號(hào)。

圖9為采用本發(fā)明方法去噪后的仿真信號(hào)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖3所示，含噪聲的振動(dòng)信號(hào)模型可表示為：；其中，y(t)為含噪聲的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)，x(t)為噪聲，降噪的具體步驟如下：

步驟（1）：對(duì)含噪信號(hào)進(jìn)行eemd分解，獲得n個(gè)imf分量，如圖4所示；eemd方法將振動(dòng)信號(hào)按照從高頻到低頻的順序分解為不同的imf分量，因而可以有效地將信號(hào)中的噪聲成分分離，便于后期的降噪處理。

步驟（2）：通過(guò)改進(jìn)的遺傳算法對(duì)廣義形態(tài)學(xué)的結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行優(yōu)化選??；選取直線和圓盤(pán)形兩種結(jié)構(gòu)元素，如圖5、圖6所示。先以直線形結(jié)構(gòu)元素為接觸，選取最優(yōu)長(zhǎng)度參數(shù)，再以其為基準(zhǔn)，構(gòu)造出最有高度參數(shù)，從而快速、準(zhǔn)確的選取出最有結(jié)構(gòu)元素。

具體步驟如下：

（a）確定最優(yōu)的直線形結(jié)構(gòu)元素長(zhǎng)度l；觀察圖（3）得出，直線形結(jié)構(gòu)元素只由長(zhǎng)度l影響。首先將l設(shè)定在一定的范圍內(nèi)，本文初步設(shè)定l取[1,100]范圍內(nèi)，通過(guò)改進(jìn)的遺傳算法，選取出最優(yōu)參數(shù)l=α；

（b）圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)元素的長(zhǎng)度l^’和高度k的選?。挥^察圖(4)得出，圓形結(jié)構(gòu)元素由長(zhǎng)度l和高度k決定。通過(guò)改進(jìn)的遺傳算法將兩種結(jié)構(gòu)元素關(guān)聯(lián)起來(lái)，縮小結(jié)構(gòu)元素參數(shù)的選取范圍.首先，當(dāng)k=0時(shí)，圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)元素轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€，所以圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)元素的最優(yōu)長(zhǎng)度l’=α;一般結(jié)構(gòu)元素形狀選取扁平型為最佳，所以高度k的取值范圍初步設(shè)定為[0，α].再次運(yùn)用改進(jìn)的遺傳算法對(duì)高度k進(jìn)行選取，得出最優(yōu)高度參數(shù)k。

步驟（3）：將imf分量分別通過(guò)改進(jìn)的廣義形態(tài)學(xué)濾波器進(jìn)行降噪，如圖7所示。

具體步驟如下：

a）對(duì)待分析信號(hào)作eemd分解，獲得n個(gè)imf分量；

b）通過(guò)改進(jìn)的遺傳對(duì)每個(gè)imf分量進(jìn)行最得到n個(gè)imf優(yōu)結(jié)構(gòu)元素選取，并將選取的最優(yōu)參數(shù)保存到廣義形態(tài)濾波器中；

c）將每個(gè)imf分量分別通入到廣義形態(tài)學(xué)濾波器中，并運(yùn)用最優(yōu)的結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行去噪；

d）利用處理后的imf分量進(jìn)行信號(hào)重構(gòu)得到去噪后的信號(hào),如圖9所示；

圖9中的信號(hào)與如圖8所示的現(xiàn)有方法去燥后信號(hào)比較發(fā)現(xiàn)，在圖8中，圈出部分的信號(hào)與原始信號(hào)存在明顯偏差，所以圖9效果好于圖8。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。