[發明專利]可調品質因子雙樹復小波變換的旋轉機械故障檢測方法

有效

• 申請號: 201310413778.0
• 申請日: 2013-09-11
• 公開（公告）號: CN103499437A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 何正嘉;張春林;曹宏瑞;李兵;訾艷陽;陳雪峰;張周鎖;陳彬強
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01H1/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

技術領域

本發明涉及一種機電設備故障診斷技術，具體涉及一種關鍵零部件(軸承、齒輪、轉子碰摩等旋轉機械)沖擊類型故障特征的提取方法。

背景技術

在國民經濟支柱產業中，大型機電設備長期運行在重載、疲勞、腐蝕、高溫等復雜惡劣的工況下，設備中關鍵零部件如齒輪、軸承等旋轉機械將不可避免地出現磨損、腐蝕、剝落、膠合、擦傷、裂紋等故障，造成設備運行質量下降甚至出現機毀人亡的惡性事故。因此，實現設備關鍵零部件運行狀態監測及早期故障診斷，對于保證設備安全運行及生產活動的順利進行有著重要的意義。

旋轉機械在通過局部損傷位置時，振動信號通常伴隨著沖擊的產生，由于其自身運動的周期性，振動信號中就會出現周期性的沖擊故障特征。這些故障特征信號往往淹沒在復雜設備其他部件振動響應信號及強大的背景噪聲中，通過傅里葉變換等傳統的平穩信號處理方法很難得到滿意的特征提取效果。小波變換是一種被廣泛采用的適用于非平穩信號時-頻分析的有效工具，通過內積變換運算將響應信號中與小波基函數最為相似的信號成分提取出來。電子科技大學苗強等提出了基于連續小波變換的診斷方法(苗強，唐超，謝磊，梁巍.基于連續小波變換的旋轉機械部件的自適應故障診斷方法CN102539150A)，然而該方法計算效率低，采用的正交小波基函數振蕩性低，很難檢測高振蕩性的沖擊故障。

離散小波變換具有較高的運算效率。然而，傳統的二進小波變換具有固定的頻帶劃分特性，使得各層頻帶聚焦性差。同時，不同尺度上小波基函數頻譜具有較寬的頻率過渡帶，使得二進小波變換基函數品質因子低，時域振蕩性差，不利于匹配檢測機械振動中往往出現的高振蕩性沖擊故障成分。西安交通大學何正嘉等提出提出一種可變空間-尺度框架的小波變換(何正嘉，陳彬強，張周鎖，訾艷陽等.基于可變空間-尺度框架的機械沖擊型故障診斷方法CN102721537)，提高了頻譜分辨率及頻帶聚焦性。然而，工程實踐中發現這些實值小波基函數在分析中存在時移變性的缺點，對于周期性沖擊信號可能得到并不準確的周期信息。

發明內容

基于高品質因子小波基函數具有高的時域振蕩性，對于機械故障沖擊信號的檢測更為有效的思路，本發明的目的是提供一種通過控制采樣參數，構造出具有可調品質因子的雙樹復小波基函數，可有效地檢測出高振蕩性沖擊故障特征的旋轉機械故障診斷方法。

為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案實現的：

一種可調品質因子雙樹復小波變換的旋轉機械故障檢測方法，其特征在于：包括下述步驟：

步驟1：構造采樣參數集合，以生成品質因子可調的雙樹復小波基函數集，具體包括：

a.構造采樣參數集合Ω＝{(p，q，s)|p，q，s∈Z⁺}用以生成可調品質因子雙樹復小波基函數集{B_p，q，s|(p，q，s)∈Ω}，其中，Z⁺為正整數集，雙樹復小波基函數的實部、虛部分別由兩對濾波器組[h(n)，g(n)]和展成；

b.采樣參數p，q，s共同決定了兩對濾波器組[h(n)，g(n)]和展成的雙樹復小波基函數的時頻特性及品質因子，其中，q／p決定了雙樹復小波基函數的尺度伸縮因子，小波基函數的品質因子定義為基函數的中心頻率與帶寬的比值，定義H(e^jw)、G(e^jw)、依次為濾波器h(n)、g(n)、的傅里葉頻譜，其中H(e^jw)、G(e^jw)構成實部分支濾波器組；

實部分支濾波器采用可變空間尺度框架函數構造，虛部分支的濾波器組的數學表達式為：