[發明專利]一種用于齒輪箱電信號殘差信號的提取方法

在審

• 申請號: 201710029729.5
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN108303249A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 尚志武;常祝;周昕宇;劉鎮武;廖湘湘;周湘平;李成;耿瑞
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: G01M13/02
• 分類號: G01M13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種用于齒輪箱電信號殘差信號的提取方法，包括以下步驟：建立齒輪箱傳動系統的振動信號和驅動電機的電流信號的耦合模型，計算得出故障邊帶特征的電信號殘差向量信號。

技術領域

本發明涉及振動故障診斷，特別是一種用于齒輪箱電信號殘差信號的提取方法。

背景技術

齒輪箱具有重量輕、體積小、傳動比大、承載能力強、傳動效率高等諸多優點，被廣泛應用于風力發電、直升機、船舶、冶金、石化、礦山、起重運輸等行業的復雜機電裝備系統。齒輪箱某一個部件出現故障，可能導致機電系統的停機，產生昂貴的修理和維修費用，甚至造成災難性的事故，造成巨大的經濟損失和惡劣的社會影響。齒輪箱早期故障檢測與識別對于優化維修周期、減小經濟損失有著十分重要的意義。振動信號具有非平穩性和調頻特點，用于振動故障特征提取的占統治地位的關鍵技術主要是通過傅里葉變換進行頻域特征提取。雖然可以獲得滿意的特征提取結果，但是以傅里葉變換為基礎的頻域特征提取方法也有一定的局限性，導致頻譜估計發生非常明顯的錯誤，造成微弱故障信號不能準確的檢測和診斷。動態時間規整方法是一種有效的匹配校準定位時域信號通過匹配比較待測波形與參考波形時間特征量相似度的大小獲得診斷結果的方法，具有概念簡單、算法魯棒的優點，是一種非線性的規劃算法，它將時間和距離測度結合起來，能對存在全局或局部擴展、壓縮或變形的模式進行匹配，解決動態模式的相似度量和分類問題，并在參考信號和測試信號之間找到一條優化的時間校準匹配路徑。利用不同的動態信號處理方法提取特征信息以診斷齒輪箱的故障，得到了國內外學者的關注，已開展了大量的研究工作，并取得了一定的研究成果。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，設計了一種用于齒輪箱電信號殘差信號的提取方法。

實現上述目的本發明的技術方案為，一種用于齒輪箱電信號殘差信號的提取方法，包括以下步驟：建立齒輪箱傳動系統的振動信號和驅動電機的電流信號的耦合模型，計算得出故障邊帶特征的電信號殘差向量信號。

所述建立齒輪箱傳動系統的振動信號和驅動電機的電流信號的耦合模型步驟，其具體為：

(1)建立齒輪箱傳動系統的振動信號的非線性集總參數模型。

(2)建立驅動電機的電流信號的等效二相電機。

(3)建立齒輪箱齒輪傳動系統的振動信號和驅動電機的電流信號的耦合模型。

(4)使用時間步長積分法和單側正常接觸算法對耦合模型進行迭代求解，得到耦合電信號。

所述計算得出故障邊帶特征的電信號殘差向量信號步驟，其具體為：

(1)耦合電信號帶通濾波。

(2)耦合電信號初次相位補償。

(3)Savitzky-Golay時間序列法對耦合信號平滑濾波。

(4)邏輯加權衍生動態時間規整算法對耦合電信號進行處理。

(5)得出故障邊帶特征的電信號殘差向量信號。

所述建立齒輪箱的驅動電機電流信號和傳動系統振動信號的耦合模型的步驟(1)中，齒輪箱傳動系統的振動信號的非線性集總參數模型，該模型通過將齒輪簡化為隨時間變化的非線性彈簧連接的剛性氣缸，轉軸模擬為二節點單元，軸承模擬為附加集總剛度單元，從而建立振動信號的非線性集總參數模型。

所述建立齒輪箱的驅動電機電流信號和傳動系統振動信號的耦合模型的步驟(2)中，驅動電機的電流信號的等效二相電機是采用克朗變換將靜子電流信號系轉換為動子d-q模型建立。

所述建立齒輪箱的驅動電機電流信號和傳動系統振動信號的耦合模型的步驟(3)中，齒輪箱齒輪傳動系統的振動信號和驅動電機的電流信號的耦合模型是非線性一階差分動態耦合關系。