[發明專利]一種基于時頻譜分割的變速旋轉機械故障診斷方法

有效

• 申請號: 201711346416.9
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108106830B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 嚴保康;周鳳星;李維剛;寧博文;徐波
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學;科大集智數據科技（武漢）有限公司
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 馮子玲

1.一種基于時頻譜分割的變速旋轉機械故障診斷方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，通過多分辨率廣義S變換獲取信號的歸一化時頻譜，經過二值化處理，生成多分辨率二值化時頻譜，

步驟一中包括如下步驟：

在采集故障振動信號后，根據下面表達式，計算出不同尺度下的廣義S變換結果：

再通過歸一化處理，計算出歸一化時頻結果：

其中，

GST——廣義S變換；

MGST——多分辨率廣義S變換

x(t)——故障振動信號；

t——振動信號的時間；

i——虛數單位；

u——位移因子；

f——頻率因子；

λ——尺度因子；

——歸一化參數；

通過圖像的二值化處理，將所有的時頻譜轉換成二值時頻譜：

二值化處理的閾值選擇規則如式(3)所示：

二值化的具體操作如式(4)所示：

其中，

T——二值化閾值

a_λ——尺度因子為λ的時頻譜對應的數據矩陣，以下稱之為矩陣a_λ；

N——矩陣a_λ的數據總個數；

m——矩陣a_λ的行索引值；

n——矩陣a_λ的列索引值，

步驟二，根據圖像融合規則，將所有分辨率下的二值化時頻譜進行融合，獲得一個最優的二值化時頻譜，

步驟二中，根據圖像融合規則，將所有分辨率下的二值化時頻譜進行融合，獲得一個最優的二值化時頻譜，

其中，

a——最優二值化時頻譜對應的數據矩陣；

Π——所有元素的并運算；

λ₀——第1個尺度因子；

λ_m——第m-1個尺度因子，

步驟三，采用圖像分割方法，將最優的二值化時頻譜分割成若干個連通域，并對每個連通域進行信息標注，

步驟四，提取各連通域的最佳表示原子，構成最佳原子集合，計算故障信號在最佳原子集合下的表示，

步驟五、根據轉速信息、故障沖擊信息和故障產生機理，計算沖擊理論出現時間和幅值，通過信息比對實現變速機械設備的故障診斷。

2.如權利要求1所述的基于時頻譜分割的變速旋轉機械故障診斷方法，其特征在于：

步驟三中，采用像素點8連通的原則，將最優二值化時頻譜分割成若干個獨立的連通域，并對每個連通域進行編號標注。

3.如權利要求1所述的基于時頻譜分割的變速旋轉機械故障診斷方法，其特征在于：

計算步驟一的多分辨率歸一化時頻譜在每個標注后的連通域范圍內的能量最大值，并根據最大值對應的時頻信息提取各連通域的最佳表示原子，構成最佳原子集合，然后，計算出故障信號在最佳原子集合下的稀疏表示，從而提取故障特征信號和濾除噪聲。

4.如權利要求1所述的基于時頻譜分割的變速旋轉機械故障診斷方法，其特征在于：

根據步驟四提取的故障特征信號的任意一個沖擊信息，結合采集的瞬時轉頻信息和沖擊類故障產生的機理，分別計算出旋轉部件軸承外圈、內圈、滾動體在出現裂紋、點蝕或剝落時的理想信號，最后，通過信號的信息比對，及與不同故障位置的理想信號的相關性比較，對故障位置進行判斷，實現變速旋轉機械裂紋、點蝕和剝落沖擊類故障的診斷。

5.如權利要求2所述的基于時頻譜分割的變速旋轉機械故障診斷方法，其特征在于：

其中，多分辨率廣義S變換中尺度因子的取值范圍，設置為[0.1，2.0]，以間隔0.1的步長進行采樣。