一种基于改进EMD端点效应的电能质量分析新方法
一种改进的EEMD方法及其应用研究
收稿日期: 修订日期: (日期待编辑部填写)基金项目: 国家优秀青年科学基金(51222503)、教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-11-0421)和陕西省自然科学基础研究计划项目一种改进的EEMD 方法及其应用研究孔德同1，范 炜1，雷亚国2，丁小川1，王 志1（1. 华电电力科学研究院，浙江 杭州 310030；2. 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，陕西 西安 710049）摘要：针对集成经验模式分解(Ensemble empirical mode decomposition, EEMD)中协助噪声幅值大小需要人为经验确定的不足，基于经验模式分解(Empirical mode decomposition, EMD)二进滤波器特性，讨论了EMD 出现模式混淆的原因，研究了EEMD 中协助噪声幅值大小的确定原则，提出基于极值点分布特性的改进EEMD 方法，通过遍态历经，以极值点分布特性为评价参数，自适应确定EEMD 方法中高斯白噪声优化幅值。
通过数据仿真，验证了其有效性。
最后，应用于转子早期故障诊断中，结果显示可以自适应确定噪声幅值，避免参数人为选择导致分解结果的盲目性，有效抑制了传统EMD 方法的模式混淆现象，可有效识别转子早期碰磨引起的故障特征。
关键词：改进EEMD ；极值点分布特性；故障诊断 中图分类号：TH17 文献标识码：A引言EMD 是美国工程院N.HUANG 博士于1998年提出的一种自适应数据处理方法，在非线性、非平稳信号分析中具有显著优势。
与FFT 、小波分解等不同，EMD 方法无需选择基函数，其分解完全基于信号本身极值点分布，通过多次筛选，将信号分解为多个表征信号中某种单一模态的本征模式分量(Instrinsic mode function, IMF)与一个趋势项，得到国内外广泛关注[2]。
然而，当信号的极值点分布不均时，EMD 分解结果会出现“过冲”、“欠冲”现象，导致模式混淆[3]。
改进EMD端点效应电力系统HHT谐波检测研究
改进EMD端点效应电力系统HHT谐波检测研究作者：顾小兴金涛郭艳威来源：《中国测试》2015年第03期摘要：为对电力系统谐波进行有效的检测，提出一种改进的基于镜像延拓的方法对信号数据边界进行端点处理。
通过对端点和极值点的判断比较来选取镜面进行延拓，按照包络原则对延拓之后的信号进行经验模态分解（EMD），并得到IMF分量。
仿真实验结果表明：改进后的方法幅值及频率检测准确度明显优于改进前，能够有效改善EMD端点效应，准确快速地分解出各种模态的谐波，适用于电力系统谐波的检测。
关键词：谐波检测；端点效应；经验模态分解；镜像延拓；包络原则文献标志码：A文章编号：1674-5124（2015）03-0099-040 引言谐波检测是电能质量分析中的重要环节，是其他一切电力系统分析的基础和主要依据；因此，对电力系统中的谐波进行检测显得非常重要。
目前，国内外常用的谐波检测方法主要有：模拟滤波器法、基于瞬时无功功率的谐波检测法、基于傅里叶变换的谐波检测法以及基于小波变换的谐波检测法等。
模拟滤波器电路实现容易、成本低，但是易受环境影响，检测精度不能保证。
基于无功功率理论的谐波检测方法能够精确检测谐波，检测电路比较简单，但是提取直流分量时，若用低通滤波器会有一个电源周期的延时。
基于快速傅里叶变换（FFT）检测法的优点是可以选择拟消除的谐波次数，缺点是延时较长，实时性稍差。
小波变换虽然能将信号在不同尺度下进行多分辨分解，但其实质是一种基于基函数展开的理论，信号分析很大程度上依赖基函数的选择。
希尔伯特一黄变换（Hilbert-Huang transform，HHT）变换是一种新型的时频分析方法，它无需选择基函数，而是根据信号的特性依次剥离各个模态，因而能够对电力系统中的谐波抑制问题进行有效的处理。
国外学者对经验模态分析（EMD）边界处理方法做了许多研究，主要有镜像延拓法、神经网络预测法、AR预测法、多项式外延法及波形特征匹配延拓法等。
_装甲兵工程学院学报_第24卷_2010年_总目次
装甲兵工程学院学报 第24卷(2010年)总目次专论…………………………………………………………基于任务的装备维修决策研究张耀辉,等(1):1-7……………………………………………………………磁流变液及其应用研究综述张进秋,等(2):1-6…………………………………………………………………装备维修保障体系改革研究焦!冰(5):1-4……………………………………………装备综合保障基础理论及技术的若干问题于永利,等(6):1-8装备建设与保障……………………………基于效果驱动和探索性分析的作战能力需求生成方法陈建荣,等(1):8-13数字化装甲装备基本作战单元整体性能试验需求分析饶飞彪,等(1):14-18…………………………………………………………………………基于QFD的武器装备使用需求映射方法王全刚,等(1):19-24基于装备全寿命周期的装备需求论证研究穆!歌,等(1):25-28……………………………………………………………………………………………装甲装备自主式保障关键要素分析曹艳华,等(2):7-11………………………………………………………战役物资供应链定性仿真研究韩安媛,等(2):12-16……………………………………………………车辆装备战场损伤等级评估方法刘祥凯,等(2):17-21…………………………………………基于业务过程的装备保障训练业务知识管理刘学程,等(3):1-6……………………………………………面向作战时节的装甲目标威胁评估方法樊胜利,等(3):7-12基于可用度仿真分析的装备修理级别确定方法汪文峰(3):13-16…………………………………………………………………………………美国临近空间飞行器的C4ISR能力及其启示鲁!芳,等(3):17-20……………………………………………军事装备铁路运输性试验仿真程序与方法鲍平鑫,等(4):1-5…………………………作战系统MAS中的作战行动域与实际组元逻辑关系分析李!雄,等(4):6-10…………………………………装甲装备使用可用度与维修保障费用的优化模型刘福胜,等(4):11-14……………………………基于战时弹药消耗及补给数据的弹药储备量控制方法樊胜利,等(4):15-19关于信息化作战装备保障的思考王荣辉,等(4):20-24………………………………………………………………………………………………基于CAS/Agent的装甲装备战损模型仿真潘洪平,等(5):5-10………………………………………………基于CSDB的装备数据环境建设构想李!博,等(5):11-14………………………………基于马尔可夫更新过程的装甲装备使用可用度模型刘福胜,等(5):15-17……………………………………………美军PBL理论及对我军装备保障的启示张红梅,等(5):18-21……………………………………………QFD在装甲装备质量监控分析中的应用陈春良,等(6):9-12基于粗糙集理论的装备保障指挥系统效能评估指标体系约简杜!峰,等(6):13-16………………………………………………………………美陆军数字化部队装备保障特点及其启示孙万国,等(6):17-21……………………………………………………美军需求生成工作的工程化研究赵定海,等(6):22-26………………………………………………………………美军核心维修能力研究蔡丽影,等(6):27-31车辆工程………………………………………………………船艇机舱发动机辐射噪声研究王宪成,等(1):29-33两级信息融合技术在柴油机故障诊断中的应用司爱威,等(1):34-38……………………………………………………形态滤波和自相关降噪的H il b ert边际谱在轴承故障诊断中的应用王!凯,等(1):39-41……………………………………电控喷油器控制柱塞偶件高压变形与泄漏分析王!军,等(2):22-26基于V irtools4 0的某型船艇柴油机虚拟维修关键技术研究王宪成,等(2):27-31………………………………………………………基于BP神经网络的柴油机动态输出扭矩预测建模龚正波,等(2):32-35……………………………………基于相关分析的坦克装甲车辆动载荷测试方法程相生,等(3):21-24………………………………………空降车着陆缓冲过程车体动态应力仿真研究李建阳,等(3):25-28………………………………………………多轴越野车辆悬架部件结构优化设计岳喜磊,等(3):29-31……………………………………基于dSPACE的发动机信号实时采集系统开发桂!勇,等(3):32-34风扇蜗壳排气段结构优化研究毕小平,等(4):25-28…………………………………………………………………………………………………基于倒拖过程参数测试的汽缸密封性评估樊新海,等(4):29-32…………………………………………空降车-气囊系统着地缓冲过程仿真分析洪煌杰,等(4):33-36…………………………………………测试轮直径对路面不平度测试精度的影响何!达,等(4):37-40………………………………基于动力学分析和模糊综合评判的变速箱测点配置赵丰文,等(4):41-44………………………………基于E MD、遗传算法及神经网络的柴油机故障诊断刘建敏,等(5):22-27………………………………………高功率密度柴油机智能化冷却系统控制策略韩!树,等(5):28-31………………………………………船艇发动机虚拟维修中的场景优化技术研究李!莉,等(5):32-35………………………………………………………空投设备缓冲气囊的优化设计牛四波,等(5):36-40………………………………………………工作环境对发动机本体热负荷的影响和!穆,等(6):32-37………………………………坦克柴油机振动检测时提高振动信号信噪比的方法乔新勇,等(6):38-40基于DSP ACE的高功率密度柴油机智能化冷却系统控制策略验证王!剑,等(6):41-43………………………………………………基于神经网络的柴油机技术状态主元信息提取方法谢晓阳,等(6):44-46兵器理论与技术………………………基于最小二乘支持向量机的坦克炮身管剩余寿命预测方法徐!达,等(1):42-44……………………………………………火炮驻退机状态评估中的特征提取方法张金忠,等(1):45-48………………………………………………圆柱形容器爆炸焊接数值模拟与实验李向荣,等(1):49-52………………………………………………………遥控武器站功能融合设计思想徐振辉,等(1):53-57……………………………………………某型遥控武器站射击密集度仿真与优化毛保全,等(2):36-40……………………………………………长杆弹垂直侵彻横向运动板的数值分析史忠鹏,等(2):41-44………………………………………聚能射流侵彻下舰船钢与均质钢的等效关系陈!威,等(2):45-48……………………………………………基于对抗演练的坦克单车成绩评定方法徐克虎,等(3):35-40………………………………基于M onte C arl o方法的火炮瞄准校验系统精度评定张!光,等(3):41-44…………………………………………大口径穿甲弹用材料应用研究动态及分析徐冰川,等(5):41-47…………………………………基于多单片机系统的小口径火炮激光光幕靶设计张智诠,等(5):48-52……………………………………………………某型穿甲弹弹托轻量化仿真研究徐冰川,等(6):47-50………………………………………基于模糊数学的炮射导弹制导装置故障诊断张万君,等(6):51-54控制与信息技术……………………………………………………1553B总线的信息传输调度策略宋小庆,等(1):58-62……………………………………………………基于OOA gent作战仿真建模方法孙!岩,等(1):63-66草地的红外辐射计算及热像图仿真郑坤鹏,等(1):67-70………………………………………………………………………………………………………分队模拟训练想定生成系统研究王钦钊,等(2):49-52自适应抵消与谱相减结合的单通道语音消噪算法周!辉,等(2):53-56…………………………………………………………………………………视景仿真中运动实体的动态碰撞检测郭!玺,等(2):57-61……………………………基于镜像延拓和神经网络的E MD端点效应改进方法王传菲,等(2):62-65……………………………………………雷达组网系统仿真试验信息源软件研制周!芬,等(3):45-49……………………………………………基于GPU的动态地形过程纹理映射方法张豫南,等(3):50-52………………………………基于调制FFT有限域搜索的MUSI C频率估计算法李!彤,等(3):53-56……………………………………………DESO滤波器在DSP上的实现及其应用袁!东,等(3):57-61…………………………………………材料力学性能纳米压入测试仪器发展综述宋仲康,等(4):45-49………………………………………基于摆动式单线激光雷达的障碍物检测算法赵汗青,等(4):50-54……………………………………基于多信号模型的装甲车辆电源系统诊断策略李光升,等(4):55-58………………………………………………………具有全局收敛性的盲均衡算法吕!军,等(4):59-61…………………………………………………基于定点DSP的计算阶次跟踪研究温政钢,等(4):62-64……………………………………基于光纤陀螺的I NS/GPS组合导航仿真与应用汤霞清,等(5):53-56……………………………………装甲车辆自动配电系统M il C AN总线通信设计宋小庆,等(5):57-62…………………………………基于实时递阶控制的智能坦克火控系统结构分析韩!洋,等(5):63-67…………………………………基于SOPC的I G B T开关特性实时仿真系统设计张新喜,等(5):68-72………………………………………………一种面向目标的伪彩色图像融合算法蒋晓瑜,等(6):55-58………………………………………基于A*算法的虚拟士兵城市作战路径规划荣!明,等(6):59-62……………………………………………………分析仿真联邦多次运行机制研究徐享忠,等(6):63-66…………………………………………基于状态观测器的混沌系统鲁棒同步设计王国胜,等(6):67-71……………………………………………………基于相关算法超声流量计的研究黄天录,等(6):72-75装备再制造工程激光淬火渗硫复合层的抗高温摩擦磨损性能张!平,等(1):71-73……………………………………………………………高能微脉冲表面强化修复45C r N M i o VA传动轴性能试验研究梁志杰,等(1):74-77…………………………………………………………铝热焊接工艺参数优化研究陈!威,等(1):78-82 Zr基块体非晶合金屈服行为及屈服准则研究陈德民(1):83-86……………………………………………………………………………………非均匀复合材料中裂纹扩展过程的数值模拟戴!耀,等(2):66-69……………………………………………………装备润滑油失效分析与再生研究王晓丽,等(2):70-73……………………………无电焊接中厚度钢板焊接接头的组织结构与性能研究刘宏伟,等(2):74-78…………环氧树脂/CTBN/无机颗粒高分子合金修补剂材料的制备与性能分析黄元林,等(2):79-82…………………………………………制备工艺对弧焊成形件性能影响研究进展朱!胜,等(3):62-67金属磁记忆信号表征铁磁材料变形的基础研究董丽虹,等(3):68-71………………………………………………………………T i含量对(C r,T i)N复合涂层的组织结构与性能的影响蔡志海,等(3):72-76…………………高速精密混合陶瓷轴承套圈加工误差产生原因及工艺改进方法田欣利,等(4):65-68…………………………………………超音速等离子制备A l/N i涂层的性能特点郭永明,等(4):69-72…………………………7A52铝合金便携式搅拌摩擦焊接头的组织与性能分析李!奇,等(4):73-76………………………………………添加剂对无电焊接脱渣性及焊缝成形的影响刘吉延,等(4):77-79渗硫层对网格化激光淬火表面摩擦磨损性能的影响乔玉林,等(5):73-77…………………………………………………………………………………某型车辆扭力轴疲劳断裂失效分析朱有利,等(5):78-81…………………………………………装备研制中面向再制造的材料设计及评价姚巨坤,等(5):82-85………………………………………断裂复合材料层压板贴片快速修复工艺研究李长青,等(6):76-80…………………………………Fe A l C r NbB金属间化合物复合涂层的制备与表征梁秀兵,等(6):81-84………………烷烃磨削液应用于S i3N4陶瓷磨削时的砂轮堵塞机理及改性研究吴志远,等(6):85-88………………………………………………………装备再制造费用预测估算方法何嘉武,等(6):89-91基础理论与应用…………………………………给定极小样本量的定量截尾序贯检验法及其应用潘高田,等(1):87-91…………………………………………………Groebner基下分离子插值函数模型闵祥娟,等(1):92-94…………………………………非线性耦合反应扩散系统解的存在性与脉冲同步杨万利,等(2):83-85…………………………超混沌系统的脉冲控制与同步及其在安全通信中的应用郑素文,等(2):86-90基于指标值状态的自适应权重确定法韩朝超,等(2):91-94……………………………………………………………………………………基于偶极子理论的磁流变液流变特性模拟分析李国强,等(3):77-81………………………………………X射线脉冲星的波形及其对光子接收的影响姚国政,等(3):82-85………………………………………………基于复杂表面形状的端铣切削力模型唐东红,等(3):86-89……………………广义L i nar d方程Poincar 分岔极限环的唯一性和不存在性吕宝红,等(3):90-94………………………………………………压电材料中的共线非等长多裂纹问题李永东,等(4):80-84………………………………………………………重离子碰撞中的量子饱和机制王宏民,等(4):85-87………………………………一类二阶微分方程Po i n car 分岔极限环的不存在性吕宝红,等(4):88-90………………………………一类新型混沌动力学系统的自适应控制及同步研究刘俊红,等(4):91-94…………………………………………………磁隐身坦克的实验设计及性能检测黄!英,等(5):86-89基于ELECTRE方法的模糊多属性决策李!军,等(5):90-94…………………………………………………………………………………………………基于椭圆曲线群上的零知识证明韩!德,等(6):92-94…………………………………………………………一种改进的连续域蚁群算法赵义武,等(6):95-98。
现代信号处理第八章基于EMD的时频分析方法及其应用
目前EMD方法主要应用于一元信号处理领域，未来研究将拓展其在多元信号处理中的应用，如多 通道信号分析、多维数据融合等。
EMD在复杂系统故障诊断中的应用
复杂系统的故障诊断是信号处理领域的重要研究方向之一，未来研究将探索将EMD方法应用于复 杂系统的故障诊断中，以提高诊断的准确性和可靠性。
01 基于EMD的时频分析方 法概述
EMD方法简介
EMD（Empirical Mode Decomposition）即经验模态分解，是 一种自适应的信号处理方法。
EMD方法能够将复杂信号分解为一系列固有 模态函数（Intrinsic Mode Functions， IMFs），这些IMFs表征了信号在不同时间 尺度上的局部特征。
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图像去噪与增强技术
EMD去噪原理
基于经验模态分解（EMD） 的去噪方法通过分解图像信号 为多个固有模态函数（IMF），
有效去除噪声成分。
自适应阈值处理
结合EMD与自适应阈值技术， 实现图像噪声的智能抑制，提
高图像质量。
对比度增强
利用EMD方法对图像进行分 层处理，调整各层对比度，实
现图像整体对比度的增强。
边界效应问题
EMD方法在分解过程中，对信号两端的数据处理存在不确 定性，容易产生边界效应，影响分解结果的精度和可靠性。
发展趋势预测
自适应噪声抑制技术
针对噪声干扰问题，未来研究将更加注重自适应噪声抑制 技术的发展，以提高EMD方法在噪声环境下的性能。
改进EMD算法
为解决模态混叠问题，研究者将致力于改进EMD算法，如引入 掩膜信号、优化筛选过程等，以提高分解的准确性和稳定性。
改进的EMD方法在齿轮箱故障诊断中的应用
２ 改 进的 Ｅ Ｍ Ｄ降噪 方法
２ ． １ 小 波包 降噪
ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｃ ｏ ｅ ｆｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｃｈ ｏ ｏ ｓ ｉ ｎ ｇ ａ ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｖ ａ ｎ ｉ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ ｍｏ ｍｅｎ ｔ ｓ ｄ ｂ ｗａ ｖ ｅｌ ｅ ｔ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏｎ ｗｉ ｔ ｈ ＥＭＤ， ａｎ ｄ ｉ ｔ ｃ ａｎ ｅ ｎｈ ａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｎ ｏｉ ｓ ｅ ｒ ｅ ｄｕ ｃ ｔ ｉ ｏｎ ｅ ｆ ｅｃ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｏ ｒ ｉ ｇｉ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｇｎ ａ １ ． Ｔ ｈｉ ｓ ａｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｄ ｉ ａ ｇｎ ｏ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｕ ｔ ｅｒ ｒ ｉ ｎ ｇ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ａｉ ｍｓ ａ ｔ ｇ ｅ ａ ｒ ｂ ｏ ｘ ａｎ ｄ ｏ ｂ ｔ ａｉ ｎ ｓ ａ ｖ ｅ ｒ ｙ ｇ ｏ ｏ ｄ ｄｉ ａ ｇｎ ｏ ｓ ｔ ｉ ｃ ｅ ｆｅ ｃ ｔ ．
信号方面又有着相应的局限性 。所以
这里 引入 了经 验模态 分解这种 算法 ， Ｅ ＭＤ方 法在处理 非线性 、非平稳信
Ｌ ２ （ Ｒ ） ＝…０ｗ ｌ ０ ０ …＝０ ， ∈ Ｚ
（ １ ）
其 中 ，ｗ． 是 小 波 函数 空 间， Ｊ为
两种改善CEEMD端点效应方法的研究分析
•工程结构•两种改善CEEMD端点效应方法的研究分析严开军1，谭康熹'，单德山'(1•中电建路桥集团工程设计研究院，100048；2.西南学土木工程学院，四川成都610031)#摘要】在做互补集合经验模态分解(CEEMD)时存在的最主要问题之一就是“端点效应”。
在实际工程应用中有多种"端点效应"处理方法，文章将对镜像对称延拓处理与边界局部特征尺度匹配延拓处理两种方法进行对比研究分析，利用已经编制好的两种"端点效应”处理方法的MATLAB程序对调幅调频信号进行分析。
首先从生成的IMF(本征模函数)图像上观察两种“端点效应”处理方法的差异，并与不做端点处理的IMF图像进行对比。
然后利用经CEEMD分解后得到的IMF与原信号的相似系数、IMF与原信号的平均相对误差与程序运行时间等数值指标，对两种“端点效应”处理方法进行数值指标分析。
结果表明：CEEMD在分解调幅调频信号时，边界局部特征尺度匹配延拓法在处理"端点效应”时表现最佳。
#关键词】CEEMD；镜像对称延拓；边界局部特征尺度匹配延拓；图像分析；指标分析#中图分类号】TU311.41经验模态分解⑴(Empirical Mode Decomposition, IMF)是1998年Huang等提出的一种时频分析方法。
它用不同特征尺度的数据序列本征模函数(Instrinsic Mode Function)分量来逐级分解。
虽然EMD具有很多优点，但在实际应用中存在“端点效应”题，即在运用态分解的过程中，点不一定是极值点，导致构成上、下络的三次样线在序列的出现发散现象，并且这种发散的结果会逐渐向内“”而使果［2］o Yeh［3］提出了一种补充的总体平均态分解方法(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition，CEEMD)，CEEMD主要是通过向原信号添加两对的白分别进行EMD分解,然后将分解的结果进行组合即可得到最终的本征模函数(IMF)。
几种改善EMD端点效应方法的比较研究
几种改善EMD端点效应方法的比较研究作者：祁艳杰王黎明杨泽辉付朝霞来源：《现代电子技术》2013年第22期摘要：经验模态分解（EMD）的一个关键问题是改善端点效应。
目前工程上已经提出了多种处理方法。
在此对端点镜像方法、多项式拟合法、极值延拓法、平行延拓法和边界局部特征尺度延拓法等5种方法进行对比研究，利用分解信号与原信号的相似系数、分解信号与原信号的平均相对误差以及算法的运行时间作为端点处理方法的评价指标。
仿真结果表明，极值延拓法是处理准周期信号的相对较好的EMD端点效应处理方法。
关键词：经验模态分解；端点效应；评价指标；相似系数；平均相对误差中图分类号： TN964⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）22⁃0050⁃030 引言1998年，Huang等人提出了一种新的信号处理方法：经验模态分解方法（Empirical Mode Decomposition， EMD）[1]。
它用不同特征尺度的数据序列本征模函数（Intrinsic Mode Function，IMF）分量来逐级分解信号。
该方法可以对一个非平稳信号进行平稳化处理。
在EMD分解中，每个IMF需要多次“筛选”过程，而每一次筛选过程，需要根据上、下包络计算出信号的局部平均值。
上（下）包络是由信号的局部极大（小）值通过3次样条插值得到的。
但信号的端点不可能同时处于极大值或极小值，因此上、下包络在数据序列两端会发散，且这种发散会随着运算的进行而逐渐向内，从而使得整个数据序列受到影响，这就是所谓的EMD方法的端点效应。
国内外很多研究者对改进EMD端点效应问题进行了研究。
目前，常用的EMD端点效应处理方法有镜像法[2⁃3]、极值延拓法[2]、神经网络预测[4]、多项式外延[5⁃6]方法、平行延拓法[7]、边界局部特征尺度延拓法[8]。
神经网络延拓算法的运算速度慢，在工程应用中实时性差。
所以本文只对镜像法、极值延拓法、多项式法、平行延拓法和边界局部特征尺度延拓法进行比较，从而得到对工程应用有指导意义的结果。
一种基于改善和提高用电端电能质量的系统
一种基于改善和提高用电端电能质量的系统技术领域[0001] 本实用新型属于电能质量监测技术领域，具体涉及一种基于改善和提高用电端电能质量的系统。
背景技术[0002] 随着煤炭工业的快速发展，井下供电系统正承受着越来越重的用电负荷，特别是冲击性、非线性、变频器负载的不断增加，使得煤矿井下电网出现了电压波动、频率波动、谐波干扰等电能质量问题。
这些电能质量问题既影响着井下用电设备的使用寿命而且还影响井下人员的生命安全，所以在煤矿中普及电能质量监控终端有很重要的意义。
但是，在普及实施中遇到了如下的问题：现有监控终端多为按键操作式，由于煤矿使用场所的隔爆条件限制,监控终端需要被密封在高爆开关内使用。
高爆开关合上后，按键式的监控终端便无法操作了，所以现有的监控终端是无法兼容煤矿使用场所的，这导致了电能质量监控终端迟迟无法有效普及。
[0003] 现有授权实用新型专利申请号为CN201921287269 .7 ,名称为一种矿用电能质量检测终端，包括壳体、微处理器、显示屏、电能监控模块，所述显示屏设于所述壳体前表面上，所述微处理器和电能监控模块设于壳体内，所述显示屏与所述微处理器连接，所述电能监控模块的输入端与煤矿供电线路连接，输出端与所述微处理器连接，其特征在于：还包括遥控模块，所述遥控模块包括设于壳体前表面上的红外接收器和与所述红外接收器适配的遥控器，所述红外接收器与所述微处理器连接。
采用该技术方案，能够在不打开高爆开关柜门的条件下对该检测终端进行操作，使该装置能够方便的应用于煤矿含瓦斯危险气体的隔爆环境中。
[0004] 但是，上述方案存在一定的缺陷，在5G/4G通信基站仍然存在上述电压波动、频率波动、谐波干扰等电能质量问题，但是在5G/4G通信基站没有普及相应的电能质量监控终端，更没有相应的电能质量优化终端。
实用新型内容[0005] 本实用新型目的在于提供一种基于改善和提高用电端电能质量的系统，用于解决上述现有技术中存在的技术问题；如：在5G/4G通信基站仍然存在上述电压波动、频率波动、谐波干扰等电能质量问题，但是在5G/4G通信基站没有普及相应的电能质量监控终端，更没有相应的电能质量优化终端。
一种基于改进EMD的并联电抗器故障诊断方法_CN109813417A
(10)申请公布号 CN 109813417 A (43)申请公布日 2019.05.28 G06K 9/00(2006 .01)
权利要求书2页 说明书5页 附图2页
CN 109813417 A
CN 109813417 A
权 利 要 求 书
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1 .一种基于改进EMD的并联电抗器故障诊断方法，其特征在于：包括如下步骤： 步骤1 ：设定采样频率和采样时间 ，利用振动传感器采集并联电 抗器正常状态和故障 状 态下油箱表面的信号； 步骤2：通过改进经验模态分解算法对电抗器不同状态下振动信号进行处理； 步骤3 ：将步骤2中不同 状态下振动信号分解的 IMF分量功率谱最大幅 值对应频率区间 的 功率谱积分值与所有通道的 IMF分量的 分量谱积分值的比 值作为特征量 ；分 别得到正常 状态、故障状态下的特征量； 步骤4 ：通过对未知状态下振动信号进行步骤2-3的处理 ，得到特征量并 构成区间最大 功率特征矩阵 ，再与正常状态、故障状态下的特征量所构成的区间最大功率特征矩阵 进行 匹配，断判出并联电抗器所处状态。 2 .根据权利要求1所述的一种基于改进EMD的并联电抗器故障诊断方法，其特征在于： 所述步骤1中的采样频率不少于16kHz，采样时间不少于0 .5s。 3 .根据权利要求1所述的一种基于改进EMD的并联电抗器故障诊断方法，其特征在于： 所述振动传感器通过粘接或者利用磁铁吸附在并联电抗器油箱表面。 4 .根据权利要求1所述的一种基于改进EMD的并联电抗器故障诊断方法，其特征在于： 所述步骤2通过掩膜信号法优化经验模态分解算法中的模态混叠现象，具体步骤如下： 2 .1：设x(t)为被分析振动信号，创建一个掩膜信号s(t)，分别与振动信号进行运算：
(72)发明人 姜宁 魏旭 陈轩 郝宝欣 潘信诚 马宏忠 陈昊 张兆君
EMD信号分析方法端点效应分析
西南交通大学本科毕业设计（论文）EMD信号分析方法端点效应分析年级:2005级学号:20051198姓名:郭云喜专业:测控技术与仪器指导老师:宁静2009年6月西南交通大学本科生毕业设计（论文）第I页院系机械工程学院专业测控技术与仪器年级 2005级姓名郭云喜题目 EMD信号分析方法端点效应分析指导教师评语指导教师 (签章)评阅人评语评阅人 (签章) 成绩答辩委员会主任 (签章)年月日毕业设计（论文）任务书班级测控二班学生姓名郭云喜学号20051198发题日期：2009年4月27日完成日期：6月15日题目 EMD信号分析方法端点效应分析1、本论文的目的、意义经验模态分解（EMD）是一种新的信号分析方法，运用EMD方法对信号进行分析，把复杂的信号分解成若干个IMF分量之和。
使用BP 神经网络对信号进行训练、延拓，以抑制端点效应对信号EMD分解的影响，然后同样进行EMD分析，再同之前未经过训练、延拓的信号进行对比，以验证BP神经网络延拓对抑制端点效应的可行性和有效性。
2、学生应完成的任务（1）查阅资料了解希尔伯特黄变换以及EMD方法。
（2）熟悉MATLAB编程语言，能使用它进行信号分析。
（3）选择信号处理方案，了解神经网络。
（4）用选择的方案编程，对信号进行相关的分析处理。
3、论文各部分内容及时间分配：（共 12 周）第一部分查阅希尔伯特黄变换和EMD方法的相关资料，从总体上了解毕业设计的主要要求。
（2周）第二部分熟悉需要用到的相关软件的使用。
（3周）第三部分编写和调试设计中的各种程序。
（4周）第四部分针对毕业设计系统里面的出现问题进行修改和完成毕业论文的撰写。
（2周）评阅及答辩毕业论文答辩和论文的后续修改。
（1周）指导教师：宁静 2009年 4月 27日审批人：年月日经验模态分解(EMD)是一种新的处理非线性、非平稳的数据分析方法，在应用经验模态分解（EMD）处理数据的时候，端点效应成为影响该方法精度的主要因素，即在“筛分”的过程中上下包络在数据序列的两端会出现发散现象。
一种抑制EMD端点效应的改进方法
一种抑制EMD端点效应的改进方法乔新勇;赵秀玉;刘春华【摘要】经验模式分解(END)存在的端点效应问题影响着该方法的应用.本文研究了基于端点优化对称延拓和镜像延拓的抑制EMD端点效应的改进方法,避免了单独采用端点优化对称延拓法在预测的点数较多时会造成速度较慢,以及单独采用镜像延拓法在处理端点不是极值点的短时间序列时效果不佳的问题.首先利用端点优化对称延拓法对数据序列两端各延拓一个局部极值,获取最佳的信号端点值,然后利用镜像延拓法把镜内的信号映射成一个不存在端点的环形信号,再进行经验模式分解.通过对仿真信号分析,表明该方法能够有效抑制端点效应问题.【期刊名称】《软件》【年(卷),期】2012(033)008【总页数】3页(P72-74)【关键词】经验模式分解;端点效应;端点优化对称延拓;镜像延拓【作者】乔新勇;赵秀玉;刘春华【作者单位】装甲兵工程学院机械工程系,北京100072;装甲兵工程学院信息工程系,北京市100072;装甲兵工程学院机械工程系,北京100072【正文语种】中文【中图分类】TP2740 引言经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)是一种新兴的非线性、非平稳信号分析处理方法，在地震、结构工程及机械故障诊断等领域得到了应用研究[1]。
但是原始方法中存在着影响分析结果的端点效应问题，主要表现在：一是在对信号分解时包络曲线在数据两端出现发散现象，并且逐渐向内“污染”数据而使得结果失真；二是对分解得到的基本模态函数(Intrinsic Mode Function, IMF)进行希尔伯特变换时，信号两端也产生端点效应。
本文在分析EMD分解原理及分解过程中产生端点效应原因的基础上，研究了将端点优化对称延拓和镜像延拓相结合的方法来抑制端点效应。
通过对仿真信号的分析表明，该方法能够有效解决EMD中的端点效应问题。
1 端点效应问题和影响在经验模式分解过程中，求包络平均是通过对原数据中的上极值点和下极值点分别进行三次样条插值拟合然后求取平均值。
一种改善EMD端点问题的方法
一种改善EMD端点问题的方法
杨航;郭晓金
【期刊名称】《计算机工程与应用》
【年(卷),期】2016(052)008
【摘要】经验模态分解(EMD)是一种先进的数据处理方法,对脑电信号(EEG)等非线性非平稳信号的处理非常有效.但是其在利用三次样条曲线构造上下包络时,端点附近的包络存在严重的摆动.针对该问题,在镜面延拓算法的基础上,提出了二次延拓算法.根据邻近端点的数据计算出该信号在端点处的拟合函数;利用该拟合函数在左右端点各延拓出一个极值点;采用镜面延拓算法对延拓后的信号进行EMD分解.算法考虑了信号端点处的变化趋势,使得端点处的延拓更加合理,从而使三次样条曲线在端点处不会出现大的摆动.仿真结果表明,该算法能有效地对脑电信号进行分解.【总页数】5页(P266-270)
【作者】杨航;郭晓金
【作者单位】重庆邮电大学信号与信息处理重庆市重点实验室,重庆 400065;重庆邮电大学信号与信息处理重庆市重点实验室,重庆 400065
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.7
【相关文献】
1.一种改善EMD端点效应的可行方法 [J], 李海燕
2.一种改善EMD端点效应的新方法及其在谐波分析中的应用 [J], 苏玉香;刘志刚;
李科亮;霍柏超
3.几种改善EMD端点效应方法的比较研究 [J], 祁艳杰;王黎明;杨泽辉;付朝霞
4.一种改善EMD端点效应的新方法 [J], 王婷;杨莘元;李冰冰
5.两种改善CEEMD端点效应方法的研究分析 [J], 严开军;谭康熹;单德山
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研 究 与 开 发
一
种 基 于 改进 Ｅ ＭＤ 端 点 效 应 的 电能质量分析 新方法
郭艳 威 金 涛
（ 福 州大 学 电气 Ｓ － 程 与 自动化 学院 ，福州 ３ ５ ０ １ ０ ８ ）
摘要
针对 经验模 态分 解 （ Ｅ ＭＤ）中存 在 的端 点效应 问题 ，提 出一种基 于极值 点对称 延拓 的
ａ ｃ ｃ ｕｒ ａ ｔ ｅ ｌ ｙ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ： ＥＭ Ｄ ； ｅ ｎ ｄ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ；ｅ ｘｔ ｒ ｅ ｍｅ ｐ ｏｉ ｎｔ ｓ ｙ ｍｍｅ ｔ ｒ ｙ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ； ｈａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ｄｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｗｏ ａ ｄ ｊ ａ ｃ ｅ ｎ ｔ ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ ｏ ｒ ｍｉ ｎ ｉ ｍ ｕ ｍ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｓ ｈ ｏ ｒ ｔ — ｔ ｉ ｍｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｓ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｂ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｒ ｉ ｅ ｓ ，
关键词 ：经验 模 态分解 ； 端点效 应 ；极 值 点对称 延拓 ；谐 波辨 识 Ｔｈｅ Ｎｅ ｗ Ｍ ｅ ｔ ｈｏ ｄ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｉ ｍ ｐｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎｔ ＥＭ Ｄ Ｅｎ ｄ Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔ
ｆ ｏ ｒ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｑｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
新方 法来 对短 时信 号序 列进行 端 点处 理 。通过对 信 号序 列边界 处 的相 邻 两个极 大值 、极小 值 点的
连 接 ，比较其 在边 界对 应值 与端 点值 的大小 ，按 照包 络原 则选 取其 一作 为边界 处 的极 大值或 极小
值 ，然后 进行 Ｅ ＭＤ 分解 。将该 方法应 用 于电力 系统 的谐波模 态辨 识 ，仿真 结果表 明其 能够 有效 改 善Ｅ ＭＤ端 点效 应 ，准 确辨 识 出信 号所 含 的 多种 谐波模 式。
性。
阻尼特性 和 局部特 性 ，所 以不适 于 非线性 、非 平稳 信号。 小波 变换存 在频 率交 叠和 自适应 基选取 问题 ， 只适 合 于瞬态和 非平 稳信 号 。 Ｐ ｒ ｏ ｎ ｙ方法 虽然 可 以提 取 出振 荡信 号模 式和 阻尼等 信 息 ，但 存在 受 噪声影 响大 、定阶 问题 不确 定等 问题 。
ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｉ ｔ ｓ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎｄ ｉ ｎ ｇ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂｏ ｕ ｎ ｄａ ｒ ｙ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｉ ｎ ｅ ｎ ｄ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ，ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ
ＧＵＯ Ｙ ａ Ｈ ｗｅ ｆ ”Ｔ ａ ｏ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｆ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｆ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ ３ ５ ０ 质量 问题 主要指 谐波 波
形 畸变 以及 系 统故 障 导致 的 电压暂 态现 象 ］ 。 目前 针对 谐波 问题 所采 用分 析方 法主 要有 傅里 叶变 换 、 小波 变换 和 Ｐ ｒ ｏ ｎ ｙ分 析＿ ２ Ｊ 。傅里 叶变换 无法分 析 出
据上 ，具 有非 常 明显 的优势 。本 文在简 要论述 Ｅ ＭＤ 基础 上对 其端 点效应 进行 理论分 析 与改进 ，利用极 值 点对 称延 拓法 来改善 Ｅ ＭＤ 端 点效应 ，通 过仿真 实验 论证 了其在 谐波 模态 辨识 方面 的准确性 和有 效
ｆ ｏ ｒ ｗａ ｒ ｄ ａ ｎ ｅ ｗ ｍｅ ｔ ｈ ｏｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｅ ｘｔ ｒ ｅ ｍｅ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｙ ｍｍｅ ｔ ｒ ｙ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｐｒ ｏｃ ｅ ｓ ｓ ｅ ｎｄ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ．Ｔｈ ｒ ｏ ｕｇ ｈ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ａ ｉ ｍ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｄ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ ｅ ｍ ｐ ｉ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｄ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ（ Ｅ ＭＤ ） ， ｐ ｕ ｔ