[發明專利]一種基于并行多字典正交匹配的齒輪故障診斷方法

有效

• 申請號: 201410356780.3
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN104089774A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 崔玲麗;鄔娜;翟浩;吳春光;馬春青
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01M13/02
• 分類號: G01M13/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種基于并行多字典正交匹配的齒輪故障診斷方法，其特征在于：該方法包括采集齒輪振動信號、對齒輪振動信號進行基于并行多字典正交匹配追蹤稀疏分解、沖擊分量重構、對沖擊分量解調處理，從而得到故障特征：

S1采集齒輪振動信號；

齒輪振動信號由齒輪的嚙合效應和旋轉運動引起，故障齒輪振動信號中還會出現沖擊和瞬態振動特征；所述振動信號的采集通過加速度傳感器對齒輪箱進行采集；因此構造符合故障特征的特征原子庫即字典——Fourier字典和沖擊時頻字典的并行多字典：

Fourier字典的基元函數是正弦函數，其函數模型為：

g_fou(f，γ)＝K_fousin(2πft+γ)

其中，f為頻率參數，γ為相位參數，K_fou為歸一化參數，為保證每個原子具有單位能量，即||g_fou(f，γ)||₂＝1；

沖擊時頻字典的基元函數是指數衰減函數，其函數模型為：

gimp(p,u,f,φ)=Kimpe-p(t-u)sin2πf(t-φ),t≥u0,t<u]]>

其中，p為沖擊響應的阻尼衰減特征，u為沖擊響應發生的時刻，；f為對應于系統的阻尼固有頻率，φ為相位偏移，K_imp為歸一化系數；

字典的構造是對字典基函數模型中的各個參數在設定取值范圍內進行離散化賦值；之所以稱為并行多字典是因為在正交匹配追蹤原子選擇過程中，同時從以上兩個字典中選取原子，再比較兩原子的匹配系數，選取匹配系數大的原子為最優原子，同時進行原子選取因此稱為并行多字典；

S2對齒輪振動信號進行基于并行多字典正交匹配追蹤稀疏分解；其中，并行多字典正交匹配追蹤稀疏分解算法包括以下步驟：

2.1振動信號采集；利用加速度傳感器對齒輪箱進行測量，獲得振動加速度信號作為待分析信號x；

2.2初始化處理；將待分析信號x賦給殘差信號，得到初始殘差信號R₀＝x；

2.3選取匹配原子；根據齒輪振動信號特點構造沖擊時頻字典G1={gri1,i=1,2,3...m...}]]>和Fourier字典G2={gri2,i=1,2,3...m...},]]>其中m為字典大小；則第k次迭代的匹配原子選取如下，

|<Rk-1,grkj>|=sup|<Rk-1,grij>|,j=1,2]]>

并依據下式對匹配原子進行歸一化處理，

uk′=grkj||grkj||]]>

2.4Gram-Schmidt正交化；依據下式得到第k次迭代的一組正交基p_k和歸一化后的標準正交基u_k，即Gram-Schmidt正交化后的原子；

pk=grkj-Σi=1k-1<grkj,ui′>ui′]]>

uk=pk||pk||]]>

2.5更新殘差信號；將殘差信號在歸一化后的標準正交基u_k上投影；

R_k＝R_k-1-<R_k-1，u_k>u_k

2.6檢驗是否滿足迭代終止條件，可選擇迭代次數、殘差能量、殘差比閾值終止條件；若滿足則結束迭代進入步驟S3；否則重復執行步驟S2.3～S2.5；

S3沖擊分量重構；

重構信號可近似表示為

x=Σi=1k<Rk-1,uk>uk]]>

沖擊分量重構信號可以表示為：

ximp=Σm=1M<Rk-1,grk1>grk1]]>

S4對沖擊分量解調處理；

對沖擊分量重構信號進行解調分析，得出故障頻率，與特征頻率進行比對從而確定故障位置。