[發(fā)明專利]基于零相位卷積型小波變換分解的軸承故障特征提取方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201810160255.2 | 申請日： | 2018-02-26 |
| 公開（公告）號： | CN108535015B | 公開（公告）日： | 2019-12-03 |
| 發(fā)明（設計）人： | 田福慶;梁偉閣;佘博;張鋼 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國人民解放軍海軍工程大學 |
| 主分類號： | G01M13/045 | 分類號： | G01M13/045 |
| 代理公司： | 42104 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 | 代理人： | 李滿;劉志菊<國際申請>=<國際公布>= |
| 地址： | 430033 *** | 國省代碼： | 湖北;42 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 小波變換 零相位 卷積 濾波 小波 故障特征提取 振動加速度信號 故障信號頻率 旋轉(zhuǎn)機械故障 低通濾波器 高通濾波器 分解 非對稱性 分解算法 故障軸承 近似系數(shù) 濾波結(jié)果 特征提取 小波系數(shù) 移位現(xiàn)象 軸承故障 正交性 正交 延遲 采集 診斷 改進 矛盾 | ||
1.一種基于零相位卷積型小波變換分解的軸承故障特征提取方法，其特征在于，它包括如下步驟：
步驟1：采集故障軸承振動加速度信號；
步驟2：利用第一小波低通濾波器和第一小波高通濾波器分別對步驟1獲取的故障軸承振動加速度信號進行卷積型小波低通濾波和卷積型小波高通濾波，分別得到小波變換的近似系數(shù)和小波變換的小波系數(shù)；
步驟3：將步驟2濾波后得到的小波變換的近似系數(shù)利用第二小波低通濾波器再次進行卷積型小波低通濾波，對步驟2濾波后得到的小波變換的小波系數(shù)利用第二小波高通濾波器再次進行卷積型小波高通濾波，得到消除非線性相位影響的小波變換近似系數(shù)和小波變換的小波系數(shù)；
步驟4：將步驟3中獲得的消除非線性影響的近似系數(shù)做為故障軸承振動加速度信號的第一層小波變換結(jié)果，將故障軸承振動加速度信號的第一層小波變換結(jié)果按照步驟2和步驟3的零相位卷積型小波變換方式進行小波變換處理，得到消除非線性相位影響的第二層小波變換的近似系數(shù)和小波變換的小波系數(shù)；
步驟5：將步驟4中得到的消除非線性相位影響的第二層小波變換的近似系數(shù)做為故障軸承振動加速度信號的第二層小波變換結(jié)果，將故障軸承振動加速度信號的第二層小波變換結(jié)果按照步驟2和步驟3的零相位卷積型小波變換方式進行小波變換處理，得到消除非線性相位影響的第三層小波變換的近似系數(shù)和小波變換的小波系數(shù)，依次類推，將故障軸承振動加速度信號分解至滿足工程實際需求的層數(shù)，得到各層消除非線性相位影響的小波變換的近似系數(shù)和小波變換的小波系數(shù)，即完成軸承故障特征提取；
所述步驟2中卷積型小波低通濾波和卷積型小波高通濾波的關系式為：
式中，Sj(k)和Wj(k)分別是第j層尺度參數(shù)下小波變換的近似系數(shù)和小波變換的小波系數(shù)；Sj-1(k)是第j-1層尺度參數(shù)下小波變換的近似系數(shù)；k為平移系數(shù)；和分別是第一低通濾波器和第一高通濾波器；
為了實現(xiàn)對輸入信號x(n)的零相位濾波，所述輸入信號x(n)為步驟1采集的故障軸承振動加速度信號，可以先對x(n)進行濾波，然后將濾波結(jié)果首尾翻轉(zhuǎn)后再輸入原濾波器，最后將輸出結(jié)果再次首尾翻轉(zhuǎn)后即得到零相位延遲的濾波結(jié)果，其過程可以表述如下：
上式中h(n)為濾波器單位沖擊響應，x(n)為輸入信號，y1(n)為第一次的濾波結(jié)果，y2(n)為將第一次濾波結(jié)果首尾翻轉(zhuǎn)后的濾波結(jié)果，y3(n)為將第二次濾波結(jié)果，y(n)為將第二次濾波結(jié)果首尾翻轉(zhuǎn)后得到的最終的濾波結(jié)果，上式的頻域表示為：
上式中H(ejω)為濾波器單位沖擊響應，X(ejω)為輸入信號，Y1(ejω)為第一次的濾波結(jié)果，Y2(ejω)為將第一次濾波結(jié)果首尾翻轉(zhuǎn)后的濾波結(jié)果，Y3(ejω)為將第二次濾波結(jié)果，Y(ejω)為將第二次濾波結(jié)果首尾翻轉(zhuǎn)后得到的最終的濾波結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于零相位卷積型小波變換分解的軸承故障特征提取方法，其特征在于：所述步驟3中，再次進行卷積型小波低通濾波和再次進行卷積型小波高通濾波的關系式為：
其中，為消除非線性相位影響的小波變換近似系數(shù)，為消除非線性相位影響的小波變換的小波系數(shù)；和分別是第二低通濾波器和第二高通濾波器，Sj-1(k)是第j-1層尺度參數(shù)下小波變換的近似系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于零相位卷積型小波變換分解的軸承故障特征提取方法，其特征在于：所述第一低通濾波器與第二低通濾波器之間的相位相反，所述第一高通濾波器與第二高通濾波器之間的相位相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于零相位卷積型小波變換分解的軸承故障特征提取方法，其特征在于：所述故障軸承振動加速度信號由振動加速度計在軸承座上采集。
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