[發明專利]基于自適應多尺度AVG-Hat變換的軸承故障信號特征提取方法

有效

• 申請號: 201610897947.6
• 申請日: 2016-10-14
• 公開（公告）號: CN106500991B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 鄧飛躍;楊紹普;郭文武;潘存治;郝如江;申永軍
• 申請（專利權）人: 石家莊鐵道大學
• 主分類號: G01M13/045
• 分類號: G01M13/045
• 代理公司: 石家莊新世紀專利商標事務所有限公司 13100
• 代理人: 徐瑞豐;董金國

1.一種基于自適應多尺度AVG-Hat變換的軸承故障信號特征提取方法，其特征在于：其包括如下步驟：

步驟1、根據傳感器采集軸承故障信號所設置的各項參數指標，確定分析信號所要使用的初始多尺度結構元素的個數及最初的結構元素值；

步驟2、通過形態學膨脹運算，構建初始多尺度結構元素組成的集合；

步驟3、計算軸承故障振動信號在初始多尺度結構元素下對應的形態學AVG-Hat變換的結果，構建在初始多尺度結構元素下信號形態學AVG-Hat變換的結果的集合；

步驟4、通過粒子群優化方法，選用形態學AVG-Hat濾波器濾波后的軸承故障振動信號的排列熵與包絡譜稀疏度的比值作為評價指標，將其作為粒子群優化方法的最優適應度函數值，完成粒子群尋優迭代過程，自適應確定最優多尺度形態學AVG-Hat濾波器濾波后初始多尺度結構元素對應的最優權重系數；

步驟5、根據所述步驟4中不同尺度結構元素對應的權重系數，構建最優的多尺度形態學AVG-Hat濾波器；

步驟6、計算最優的多尺度形態學AVG-Hat濾波器處理軸承故障振動信號的結果，通過所述軸承故障振動信號的包絡譜分析，提取所述軸承故障振動信號中的故障特征成分，診斷軸承故障。

2.根據權利要求1所述的基于自適應多尺度AVG-Hat變換的軸承故障信號特征提取方法，其特征在于：所述步驟3中構建在初始多尺度結構元素下信號形態學AVG-Hat變換的結果的集合，具體采用如下方法：

3-1、獲取軸承故障振動信號x(n)及初始設置的最小尺度結構元素g＝[0 0]，輸出信號對應的形態學膨脹運算結果腐蝕運算結果(xΘg)(n)、開運算結果(xog)(n)及閉運算結果(x·g)(n)；

3-2、獲取軸承故障振動信號x(n)及所述軸承故障振動信號x(n)經過初始結構元素形態學開運算、閉運算后的結果，輸出原始軸承故障振動信號x(n)乘2后減去軸承故障振動信號x(n)經過形態學開運算、閉運算結果和的差分值，其數學表達式為：AVGH(f(n))＝2×x(n)-((xog)(n)+(x·g)(n))，即計算得到軸承故障信號x(n)經過初始單一結構元素形態學AVG-Hat濾波的結果AVGH(f(n))；

3-3、獲取初始的最小尺度結構元素和設置初始的結構元素尺度個數，輸出結構元素λ個多尺度結構元素膨脹運算后的結果，其數學表達式為：

即膨脹運算λ次，建立多個尺度結構元素膨脹運算后的結果的集合：即{g₁,g₂,L g_λ}；

同時計算相應的軸承故障振動信號x(n)的多尺度腐蝕運算結果(xΘg_λ)(n)、膨脹運算結果開運算結果(xog_λ)(n)及閉運算結果(x·g_λ)(n)；

3-4、獲取軸承故障振動信號x(n)及λ個多尺度結構元素下軸承故障振動信號x(n)的開運算、閉運算的結果，輸出對應λ個多尺度結構元素下形態學AVG-Hat變換的結果，其數學表達式為：

AVGH(f_λ(n))＝2×x(n)-((xog_λ)(n)+(x·g_λ)(n))，建立λ個多尺度結構元素形態學AVG-Hat濾波器濾波后信號的集合：即{f₁(n),f₂(n),L,f_λ(n)}。