[發(fā)明專利]一種齒輪電動機的齒輪故障診斷方法和系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810097150.7
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108414219A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發(fā)明（設計）人: 畢春暉;陳鴻;錢方琛
• 申請（專利權）人: 杭州攜測信息技術有限公司
• 主分類號: G01M13/02
• 分類號: G01M13/02
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產(chǎn)權代理有限公司 11315
• 代理人: 施敬勃

1.一種齒輪電動機的齒輪故障診斷方法，其特征在于，包括下列步驟：

S1.采集所述齒輪的振動信號；

S2.先后對所述振動信號進行小波包分解與小波包重構，得到不同頻率下的重構信號；

S3.對所述重構信號構建能量特征向量；

S4.構建支持向量機，并對所述支持向量機用遺傳算法進行參數(shù)尋優(yōu)；

S5.將所述能量特征向量輸入優(yōu)化后的所述支持向量機中進行故障診斷，檢測出所述齒輪的工況狀態(tài)并生成對應的提示信息和處理策略。

2.如權利要求1所述的齒輪電動機的齒輪故障診斷方法，其特征在于，在所述步驟S2中，對所述振動信號進行所述小波包分解的過程為：先將所述步驟S1中的振動信號進行第一次分解，得到一對低頻信號和高頻信號，然后分別對所述低頻信號和高頻信號進行第二次分解、……、第n次分解后得到n+1層的子頻帶樹，每次分解后得到雙倍小波包分解次數(shù)的不同的子頻帶，最后一層所述子頻帶樹有2(n+1)個子頻帶；

對所述振動信號進行所述小波包分解與小波包重構的公式分別為：

與:

其中，a_k-2l和b_k-2l均為小波分解共軛濾波器系數(shù)，h_l-2k和g_l-2k均為小波重構共軛濾波器系數(shù)。

3.如權利要求2所述的齒輪電動機的齒輪故障診斷方法，其特征在于，在所述步驟S3中，若將所述子頻帶樹的每個子頻帶設作一個節(jié)點，對所述重構信號構建能量特征向量的實現(xiàn)過程為：

將所述子頻帶樹的每個子頻帶轉換成對應的頻帶能量：

其中x_i,j(k)表示第i層、第j個節(jié)點的子頻帶的能量，N表示所述子頻帶樹的子頻帶數(shù)；

對所述每個子頻帶的頻帶能量求和，得到所述振動信號的總能量：

根據(jù)所述每個子頻帶的頻帶能量構建能量特征向量：

根據(jù)所述每個子頻帶的能量特征向量與振動信號的總能量的能量占比T/E，得到歸一化的能量特征向量：

4.如權利要求2所述的齒輪電動機的齒輪故障診斷方法，其特征在于，在所述步驟S4中，對所述支持向量機用遺傳算法進行參數(shù)尋優(yōu)的實現(xiàn)過程為：用遺傳算法對支持向量機的核函數(shù)參數(shù)以及懲罰因子進行尋優(yōu)，得到最佳參數(shù)組合，其中，所述核函數(shù)參數(shù)為影響樣本數(shù)據(jù)在高維特征空間中分布的復雜程度量化值，所述懲罰因子為在確定的特征空間中，調(diào)節(jié)所述支持向量機的置信范圍和經(jīng)驗風險的比例。

5.如權利要求4所述的一種齒輪電動機的齒輪故障診斷方法，其特征在于，

在所述步驟S4、S5中，所述工況狀態(tài)為齒輪正常工作、輸入軸彎曲故障或齒輪斷齒故障；

所述支持向量機為，將輸入的齒輪正常工作、輸入軸彎曲故障和齒輪斷齒故障下的已知數(shù)據(jù)值，對應地分成正常數(shù)據(jù)集、輸入軸彎曲故障數(shù)據(jù)集和齒輪斷齒故障數(shù)據(jù)集，再形成固定運算定式的參考模型；

所述固定運算定式為，當實時的未知運行數(shù)據(jù)，進入所述支持向量機，在所述正常數(shù)據(jù)集、輸入軸彎曲故障數(shù)據(jù)集或齒輪斷齒故障數(shù)據(jù)集中找到與所述未知運行數(shù)據(jù)差值最小的數(shù)據(jù)元素，并將所述未知運行數(shù)據(jù)歸為所述數(shù)據(jù)元素所屬于的正常數(shù)據(jù)集、輸入軸彎曲故障數(shù)據(jù)集或齒輪斷齒故障數(shù)據(jù)集。

6.一種齒輪電動機的齒輪故障診斷系統(tǒng)，其特征在于，設有下位機單元，所述下位機單元設有相互連接的信號采集器和信號處理器；還設有連接所述信號處理器的上位機單元；

所述信號采集器，用于采集所述齒輪的振動信號；

所述信號處理器，用于先后對所述振動信號進行小波包分解與小波包重構，得到不同頻率下的重構信號，以及對所述重構信號構建能量特征向量并發(fā)送到所述上位機單元；

所述上位機單元用于構建支持向量機，并對所述支持向量機用遺傳算法進行參數(shù)尋優(yōu)，還用于將所述能量特征向量輸入優(yōu)化后的所述支持向量機中進行故障診斷，檢測出所述齒輪的工況狀態(tài)并生成對應的提示信息和處理策略。