[發明專利]一種基于壓縮感知與雙譜分析的齒輪故障診斷方法

有效

• 申請號: 201710706000.7
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107292067B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 秦國軍;董行健;鄢文;王巍;鄧迪;王云富;李飛
• 申請（專利權）人: 湖南緯拓信息科技有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06K9/00;G01M13/021
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 鄭雋;周曉艷

本發明提供了一種基于壓縮感知與雙譜分析的齒輪故障診斷方法，包括步驟：A、獲取轉速信號，根據轉速信號生成相應的M序列和采樣脈沖；B、將得到的M序列與原始振動信號相乘得到混頻信號；C、將混頻信號進行濾波，濾掉高頻部分；D、根據采樣脈沖，對濾波后信號進行采樣并進行平均運算，得到壓縮信號；E、對壓縮信號進行中頻雙譜分析，實現故障診斷。本申請直接對壓縮信號進行故障特征提取，在實現了數據壓縮的同時，又避免了復雜的信號重構過程，大大減小了數據傳輸及存儲負擔。

技術領域

本發明涉及齒輪故障診斷的技術領域，特別地，涉及一種基于壓縮感知與雙譜分析的齒輪故障診斷方法。

背景技術

齒輪箱廣泛應用于各種機械設備當中。當齒輪箱發生故障，將會導致機械系統的故障并產生重大損失。所有齒輪箱故障中齒輪故障所占的比例在60％左右，因此，齒輪故障診斷的研究非常重要并且受到越來越廣泛關注。

經典香農/奈奎斯特采樣定理中，采樣頻率至少要是信號帶寬的兩倍以上才能保證信號信息不丟失。奈奎斯特定理對于頻率的限制，是很多應用中采樣數據龐大的主要原因，這對進一步的數據傳輸和數據存儲是一個巨大的挑戰。另外，工業生產中對于齒輪箱這種復雜關鍵設備的狀態監控是長期連續的，需要每天24小時連續監控。長期連續監測需要采樣和存儲大量原始數據，進一步對數據存儲和傳輸造成很大負擔。

例如中國專利CN201310416504.7提供了一種齒輪故障無鍵相角域平均計算階次分析方法，首先將采集的振動加速度信號進行低通保相濾波后通過平滑偽Wigner-Ville分布計算其時頻分布，然后通過Viterbi最優路徑搜索算法估計齒輪箱轉軸的瞬時頻率，再利用鍵相信號估計模型對瞬時頻率進行逐點積分得到估計鍵相信號，最后結合等角度重采樣和角域平均技術對振動加速度信號進行計算階次分析，得到基于瞬時頻率估計的階次譜。此階次譜圖可以充分反映齒輪箱故障的特征信息。該發明綜合了平滑偽Wigner-Ville分布、Viterbi最優路徑搜索算法、角域平均技術、計算階次分析，可以對變轉速運行工況下的齒輪箱進行故障診斷。

因此，現有技術的缺點是需要采樣大量數據來實現故障診斷，或者壓縮信號后通過復雜的恢復算法將信號還原，恢復成功率與算法相關。業內急需一種能減小采樣數據量的齒輪故障診斷技術。

發明內容

本發明目的在于提供一種基于壓縮感知與雙譜分析的齒輪故障診斷方法，以解決目前齒輪故障診斷過程中，采樣數據量過大的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于壓縮感知與雙譜分析的齒輪故障診斷方法，包括步驟：

A、獲取轉速信號，根據轉速信號生成相應的M序列和采樣脈沖；

B、將得到的M序列與原始振動信號相乘得到混頻信號；

C、將混頻信號進行濾波，濾掉高頻部分；

D、根據采樣脈沖，對濾波后信號進行采樣并進行平均運算，得到壓縮信號；

E、對壓縮信號進行中頻雙譜分析，實現故障診斷。

優選的，所述步驟A包括：

A1、根據公式f_clock＝n*fp，確定采樣頻率f_clock，

其中，n為周期脈沖數，默認為63；fp為轉軸齒輪齒數；

A2、根據f_clock與轉速信號確定等角度時間序列；

A3、以等角度時間序列為采樣時間點，確定等角度采樣脈沖；

A4、以等角度時間序列為采樣時間點，生成M序列。

優選的，所述步驟E中：

中頻雙譜MFBx定義為：