[發(fā)明專利]一種基于稀疏特征相似性的連軋機振動信號分離方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911234345.2
• 申請日: 2019-12-05
• 公開（公告）號: CN110849462B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設計）人: 嚴保康;周鳳星;馬婭婕;盧少武;但峰;寧博文;胡軼
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢科技大學
• 主分類號: G01H1/12
• 分類號: G01H1/12
• 代理公司: 上海精晟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31253
• 代理人: 肖愛華

本發(fā)明公開了一種基于稀疏特征相似性的連軋機振動信號分離方法。該方法為:在連軋機的旋轉(zhuǎn)部件敏感處表面一個或多個不同位置布置加速度傳感器，采集各振源工作時的振動信號即觀測信號；通過基于時頻譜分割的稀疏特征提取方法，獲取各路采集的振動信號在最佳原子集合下的稀疏表示；再通過結(jié)構(gòu)相似性對所有稀疏表示提取的原子進行聚類，估算出振源的個數(shù)，并采用各聚類中心對應的原子更新稀疏表示結(jié)果；最后，通過新的稀疏表示結(jié)果對應的聚類系數(shù)，估算出混合矩陣，進而計算出各振源的獨立信號，實現(xiàn)連軋機振動信號的分離。該方法可有效濾除連軋機在運行過程中的干擾噪聲，提高稀疏特征提取的精度，能更精確地估算振源個數(shù)及混合矩陣。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)領域，涉及一種多機架連軋機振動信號分離方法，尤其涉及一種基于稀疏特征相似性的連軋機振動信號分離方法。

背景技術(shù)

冶金企業(yè)在帶鋼生產(chǎn)過程中，粗軋機組和精軋機組是整個軋制過程的核心設備，這些連軋機組中的軸承、軋輥的工作狀態(tài)將直接決定軋制產(chǎn)品的質(zhì)量精度和性能指標。連軋機機組在長期連續(xù)、高強度工作中，經(jīng)常會出現(xiàn)軋輥表層裂紋、軋輥表層局部剝落、軋輥支撐軸承失效等故障，進而影響產(chǎn)品質(zhì)量精度，甚至導致設備停產(chǎn)及重大人員傷亡等事故，因此，連軋機的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷對保證生產(chǎn)穩(wěn)定性、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。

由于連軋機組是由多臺連軋機組成，產(chǎn)生的機械振動會在軋機間進行傳遞，因此，通過采集振動信號對連軋機進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷時，所采集的振動數(shù)據(jù)均為不同部件振動信號強耦合的混合數(shù)據(jù)，這樣就會導致故障特征提取和故障定位存在極大的難度，特別是當多臺機架同時出現(xiàn)故障時，不采用有效的信號分離方法，無法確定具體的故障點位置。

信號的盲源分離技術(shù)就是將實際檢測的信號看成是各通道源信號與混合矩陣混合后的信號，盲源分離的關(guān)鍵在于準確地估算出混合矩陣，進而根據(jù)檢測的信號逆推出各通道源信號。

混合矩陣的估算方法比較常用的就是獨立成分分析方法。文獻檢索查到相關(guān)專利：2018年3月20日公開的申請?zhí)枮?01711055592.7的發(fā)明專利《一種多振源機械設備故障信號分離裝置及方法》，提供一種多振源機械設備故障信號分離裝置及方法，將信號通過去均值、白化處理和獨立成分分析三步去除各路振動信號之間的相互影響。但是，上述專利存在一個缺陷：在工程應用中，各機械振源之間往往會存在交叉頻率成分，導致無法滿足獨立成分分析算法的獨立性假設，從而造成算法失效。

為了克服這一問題，文獻檢索查到相關(guān)論文：于剛,周以齊,張衛(wèi)芬.一種新的相關(guān)機械振源盲分離方法[J].振動與沖擊,2016,35(15):216-221.提出了一種新的相關(guān)機械振源盲分離方法，其中指出：當信號具有較好的稀疏性時，觀測信號在某一時頻點只有一個源的可能性增大。對于隸屬同一源信號的時頻點將會正比于源信號在測量信號中的混合衰減系數(shù)，因此信號的稀疏特性可以被用于估計源信號的混合矩陣。但是，該方法存在不足之處：通過時頻散點圖擬合各振源聚類直線并進而計算混合矩陣時，往往會因為噪聲的干擾，對于直線方向的估計準確性和魯棒性不好，無法達到對混合矩陣的良好估計。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種基于稀疏特征相似性的連軋機振動信號分離方法，以提高盲源分離時混合矩陣的計算精度，進而達到連軋機多振源振動信號的準確分離目的。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：