[發明專利]一種基于編輯倒頻譜的故障滾動軸承模態參數提取方法

在審

• 申請號: 201910689455.1
• 申請日: 2019-07-29
• 公開（公告）號: CN110543820A
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 蔣飛;丁康;何國林
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G01M13/04;G01M13/045
• 代理公司: 44245 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 裴磊磊<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種基于編輯倒頻譜的故障滾動軸承模態參數提取方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

S1、采集包含滾動軸承故障特征的振動加速度響應信號；

S2、應用帶通濾波器，去除振動加速度響應信號中的干擾信號，得到濾波后的時域信號；

S3、根據倒頻譜解卷積的特性，對濾波后的時域信號進行實倒頻譜計算，再將其轉換為帶有相位信息的復倒頻譜；

S4、對復倒頻譜進行指數窗濾波，提取包含頻率響應函數信息的部分，再將其轉換到頻域中；

S5、對獲取的頻域中信息，進行有理分式多項式擬合來提取故障滾動軸承的多階模態參數，并補償分析指數窗的影響。

2.根據權利要求1所述的一種基于編輯倒頻譜的故障滾動軸承模態參數提取方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括以下內容：

S11、建立物理坐標系：X軸正向指向滾動軸承的軸向，Z軸正向豎直向上，Y軸正向由右手定則確定；

S12、安裝傳感器：利用1個單向加速度傳感器，安裝在被測故障滾動軸承軸承座上方，測試方向為Z向，將單向加速度傳感器、數據采集器以及便攜式計算機，按照正確的方式連接；

S13、設置相應的采樣參數：采樣時間長度T為10～20s，采樣頻率設為f_s，則對應的采樣時間間隔Δt＝1/f_s，采樣點數n＝f_s×T；記最終采集的振動加速度時域信號為x_T(t)；

S14、從x_T(t)中截取一段信噪比較高、時長為T_x的振動加速度響應信號進行分析，記為x(t)。

3.根據權利要求1所述的一種基于編輯倒頻譜的故障滾動軸承模態參數提取方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括以下內容：

設置帶通濾波器的參數：下限截止頻率f_lc＝1/20×f_s，上限截止頻率f_hc＝1/2×f_s，其中f_s為振動加速度響應信號的采樣頻率；濾波的目的是為了去除軸承制造誤差和裝配誤差所導致的低頻振動，以及其他機械結構所產生的振動干擾，記濾波后的時域信號為x_p(t)。

4.根據權利要求1所述的一種基于編輯倒頻譜的故障滾動軸承模態參數提取方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括以下內容：

S31、對濾波后的時域信號x_p(t)進行實倒頻譜計算：

A(f)＝Γ(x_p(t))

C_r(t)＝Γ^-1{ln(A(f))}

式中，Γ(·)和Γ^-1(·)分別代表傅里葉正變換和傅里葉逆變換，A(f)和C_r(t)分別是x_p(t)的頻譜以及實倒頻譜；

S32、根據實倒頻譜與復倒頻譜之間的關系，將實倒頻譜轉換為帶有相位信息的復倒頻譜：

式中，C_c(t)為復倒頻譜，即將實倒頻譜中的正頻部分乘以2，負頻部分置零。

5.根據權利要求1所述的一種基于編輯倒頻譜的故障滾動軸承模態參數提取方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括以下內容：

S41、根據倒頻譜解卷積的特性，利用指數窗提取復倒頻譜C_c(t)上的傳遞函數的信息：

式中，C_trans(t)為傳遞函數信息倒頻域上的表達式，σ_w為指數窗的阻尼因子，Δt為采樣時間間隔，n為采樣點數；

S42、再通過下式將C_trans(t)頻率響應函數信息轉換到頻域中：

Imag_T(f)＝imag(Γ(C_trans(t)))

式中：Real_T(f)與Imag_T(f)分別是提取到的頻率響應函數的實部和虛部。

6.根據權利要求1所述的一種基于編輯倒頻譜的故障滾動軸承模態參數提取方法，其特征在于：步驟S5中，設置所需要識別的故障滾動軸承的模態階數k；利用有理分式多項式擬合頻率響應函數的方法來獲取多階故障滾動軸承的模態參數；并通過下式進行補償分析：

式中，ξ_real、ξ_rec分別是準確的阻尼比與識別得到的阻尼比，ω是識別得到的固有頻率，σ_w為指數窗的阻尼因子，σ是準確的阻尼因子，去除指數窗對模態參數提取的影響，獲取準確的固有頻率f_dj和阻尼比ξ_j，其中j＝1…k。