[發明專利]一種改進沖擊字典匹配追蹤算法的軸承復合故障診斷方法

有效

• 申請號: 201210480524.6
• 申請日: 2012-11-22
• 公開（公告）號: CN103018044A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 崔玲麗;王婧;莫代一;鄔娜
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及一種軸承復合故障診斷方法，特別涉及一種基于改進沖擊字典匹配追蹤算法的軸承復合故障診斷方法。

背景技術

軸承是旋轉類機械的重要組成部件，對其運轉狀態的檢測和故障診斷具有很重要的意義。其故障振動信號是一類典型的非平穩信號，較平穩信號而言，其分布參數或者分布規律隨時間發生變化，工程實際中所接觸的往往也是非平穩信號，所以此類信號的研究對于工程應用具有極其重要的意義。

軸承的故障形式有多種,從故障位置上來劃分主要分為滾動體損傷、外圈損傷、內圈損傷，及幾種損傷的復合故障形式，如外圈和滾動體損傷、內圈和滾動體損傷，內圈、外圈和滾動體的損傷等。軸承故障診斷的關鍵在于如何從故障信號中提取故障特征。但由于工程實際中軸承的運行環境惡劣，其振動信號十分復雜，含有大量噪聲及不穩定因素，是一種典型的非平穩信號，特別是軸承出現早期缺陷時，信號故障特征十分微弱。并且在工程實際中復合故障發生所占的比例較大,當多種故障特征疊加在一起時,各種故障成分相互影響，彼此干擾,使故障特征復雜化，難于診斷。因此如何采用有效的分析工具和算法,對軸承的早期故障及復合故障進行分析和診斷，提取故障特征及實現對故障發展狀態監測和診斷，是對軸承進行故障檢測和診斷的一大難點。

在軸承故障信號的分析中，對信號的表達最基本形式包括時域表達和頻域表達。然而對于復雜的非平穩信號而言，單純的時域表示或頻域表示都不能完整刻畫信號富含的特征信息。因此時頻表達應運而生，但一般的時頻分析方法由于其分解基函數的單一對軸承復合故障這種復雜信號的表達缺乏自適應性。

為了實現對信號更加靈活、更加簡潔和自適應的表示，在小波分析的基礎上，Mallat和Zhang總結了前人的研究成果，于1993年提出了基于時頻原子庫的匹配追蹤算法（Marching?pursuit,?MP），是一種逐步近似來求信號的稀疏化表達的策略。該算法從原子庫中挑選一組基元函數即原子來計算信號的一個線性展開，并通過求解信號在各原子上的正交投影對信號進行連續逼近。

然而對于具有復合故障的軸承振動信號背景噪聲成分較多，數據量大，故障特征信號復雜。用于軸承故障診斷的匹配追蹤算法基本使用的字典模型比較單一不能與被分析軸承的參數及運行狀態建立起一一對應的關系，分析效果還有進一步提高的空間。在原子選擇方面，沒能從根本上減小字典的冗余程度，分析速度較慢。

發明內容

為了解決匹配追蹤算法在軸承復合故障診斷中的上述技術問題，本發明提供了一種改進沖擊字典匹配追蹤算法的軸承復合故障診斷方法。

本發明解決上述技術問題的技術方案包括建立與軸承型號參數相關的字典模型、根據軸承故障特征建立字典、對軸承振動信號進行改進沖擊字典匹配追蹤分解、分量重構、時頻變換得到故障特征等步驟。

其中建立與軸承型號參數相關的改進沖擊字典模型方法如下所述：

軸承滾動體線速度s:

s=πdf_r

脈沖寬度p_x:

px=dxs]]>

由此可以得到缺陷產生的脈沖x(t)可表示為：

x(t)=1u<t<u+px0]]>

由缺陷產生的沖擊即改進沖擊字典模型可表示為：

φ′_imp(p,u,f,dx,d,fr)=conv(x(t),φ_imp(p,u,f))