[發明專利]一種基于稀疏理論的軸承故障診斷方法

有效

• 申請號: 201911247211.4
• 申請日: 2019-12-06
• 公開（公告）號: CN110940524B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 楊志勃;于金濤;劉一龍;翟智;田紹華;嚴如強;陳雪峰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01M13/045
• 分類號: G01M13/045;G06F30/20;G06F30/17
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

1.一種基于稀疏理論的軸承故障診斷方法，包括以下步驟：

S100：通過經驗模態分解將采集到的軸承的原始振動信號X(t)分解成N個本征模式函數，計算出每個本征模式函數c_i(t)的能占比γ_i并按照從大到小排序，選取最大能占比對應的本征模式函數作為分析信號x(t)；

S200：利用所述分析信號x(t)提取軸承中由第i階固有頻率f_ni激起的自由衰減響應x_i(t)，通過優化算法從該自由衰減響應x_i(t)中提取模態參數，其中，所述自由衰減響應x_i(t)的表達式為：

其中，t表示時間序列，A_i表示幅值，f_di表示第i階阻尼固有頻率，ζ_i表示相對阻尼比，θ_i表示相位；

且，所述相對阻尼比通過最小二乘擬合進行計算，具體包括如下步驟：

S201：對自由衰減響應x_i(t)進行希爾伯特變換并構建解析信號

其中，U_i(t)表示解析信號的幅值，θ_i(t)表示相位，j表示虛數單位；

S202：根據所述自由衰減響應x_i(t)及解析信號Z_i(t)計算幅值U_i(t)，所述幅值U_i(t)的表達式為：

對上式兩邊同時取對數，得到關于lnU_i(t)-t的線性方程：

lnU_i(t)＝-2πf_niζ_it+lnA_i

S203：通過最小二乘擬合將所述線性方程擬合成一條直線，計算出相對阻尼比；

S300：利用質量-彈簧二階阻尼系統的脈沖響應函數作為原子模型，將所提取的模態參數集合化形成參數集，將該參數集輸入原子模型中，構建稀疏字典；

S400：利用匹配追蹤算法結合所構建的稀疏字典求解出重構信號，并對所述重構信號進行包絡解調分析形成包絡譜，當包絡譜中存在軸承的故障特征頻率時，即可實現故障診斷。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S100中，所述每個本征模式函數的能占比為：

其中，

c_iw(t)表示本征模式函數的振動幅值的大小，W表示信號的長度，N表示本征模式函數的數目。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻尼固有頻率和相對阻尼比構成所述模態參數。

4.根據權利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述阻尼固有頻率的表達式為：

其中，T_is表示第S個波峰出現的時刻，T_di表示阻尼衰減周期，n表示選取的周期數。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S300中，所述原子模型的表達式為：

其中，t表示時間序列，t₀表示脈沖出現的時刻，f_d和ζ分別表示原子的阻尼固有頻率和相對阻尼比。