[發明專利]基于加權稀疏正則的軸承故障檢測方法

有效

• 申請號: 202010094901.7
• 申請日: 2020-02-14
• 公開（公告）號: CN111272427B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 張興武;李小龍;王詩彬;劉一龍;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;G06K9/00
• 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

1.一種基于加權稀疏正則的軸承故障檢測方法，所述方法包括以下步驟：

第一步驟(S1)中，采集軸承振動信號x(t)；

第二步驟(S2)中，基于調Q小波分解所述軸承振動信號x(t)，對小波分解的每層小波系數d_s分別進行重構，計算每層重構信號R_s的平方包絡譜其中，調Q小波的分解參數包括品質因子Q、冗余度r、分解層數J，所述軸承振動信號x(t)在調Q小波字典A(Q，r，J)下分解為J+1層小波系數，D＝[d₁，d₂，…，d_J，d_J+1]，其中[d₁，d₂，…，d_J]為小波分解細節層1到J層的小波系數，d_J+1為小波分解第J層的逼近系數，將每層小波系數單獨進行重構計算第s層重構信號R_s，R_s＝AD_s，其中，D_s＝[0，…，d_s，…，0]，s∈{1，2，…，J+1}，只保留向量D第S層小波系數，而其余系數全部置零；計算第s層重構信號的平方包絡其中，R_s是第s層重構信號，s∈{1，2，…，J+1}，Hilbert表示希爾伯特變換；通過對平方包絡信號做傅里葉變換得到平方包絡譜其中，DFT表示單位傅里葉變換；

第三步驟(S3)中，分別提取每層平方包絡譜的軸承四種故障頻率區間軸承故障頻率及其倍頻的能量進行加和，擴展得到權重系數向量w，作為對小波分解的每層信號故障可能性的量化，其中，四種故障包括軸承內圈故障、軸承外圈故障、軸承保持架故障和軸承滾動體故障；

第四步驟(S4)中，基于權重系數向量w構建加權稀疏正則項，構建加權稀疏模型，采用ISTA算法對其進行求解，得到稀疏重構信號；

第五步驟(S5)中，計算所述稀疏重構信號的平方包絡譜，識別軸承故障頻率以確定軸承的故障部位。

2.根據權利要求1所述的方法，其中，第一步驟(S1)中，所述振動信號x(t)通過振動加速度傳感器采集。

3.根據權利要求1所述的方法，其中，第三步驟(S3)中，提取每層重構平方包絡譜中四種故障頻率及其倍頻的能量，計算公式如下：

第s層軸承內圈故障頻率及其倍頻的能量為：

第s層軸承外圈故障頻率及其倍頻的能量為：

第s層軸承保持架故障頻率及其倍頻的能量為：

第s層軸承滾動體故障頻率及其倍頻的能量為：

其中，k為故障頻率諧波階數，為正整數；j為累和變量，j∈{1，2，…，k}；∑為累和函數；分別是軸承內圈故障頻率、外圈故障頻率、保持架故障頻率和滾動體故障頻率的j倍頻故障頻率區間；max是找出在區間內的最大值的函數；

計算第s層小波系數的權重w^s的公式如下：

其中，表示第s層軸承內圈故障頻率及其倍頻的能量，表示第s層軸承外圈故障頻率及其倍頻的能量，表示第s層軸承保持架故障頻率及其倍頻的能量，表示第s層軸承滾動體故障頻率及其倍頻的能量，表示第s層重構信號均值能量，mean表示取均值的函數；構造權重系數向量w中，先對各層小波系數的權重進行歸一化處理，然后取倒數，計算公式如下：其中，sum是求和函數。

4.根據權利要求3所述的方法，其中，計算軸承內圈故障頻率j倍頻頻率區間外圈故障頻率j倍頻頻率區間保持架故障頻率j倍頻頻率區間和滾動體故障頻率j倍頻故障區間的計算公式如下：

軸承內圈故障頻率j倍頻頻率區間

軸承外圈故障頻率j倍頻頻率區間

軸承保持架故障頻率j倍頻頻率區間

軸承滾動體故障頻率j倍頻故障區間

其中，a為軸承故障波動相對變化率，取1％-3％；f_i為軸承內圈故障頻率；f_o為軸承外圈故障頻率；f_c為軸承保持架故障頻率；f_b為軸承滾動體故障頻率。