[發(fā)明專利]一種基于SVD的齒輪箱信號降噪方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010530621.6
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111582248A
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭朋;田秦;胡翔;呂芳洲;夏立印
• 申請（專利權(quán)）人: 西安因聯(lián)信息科技有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G01M13/028;G01M13/021
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 王艾華

1.一種基于SVD的齒輪箱信號降噪方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)根據(jù)齒輪箱的關(guān)鍵靜態(tài)參數(shù)計(jì)算得到各級齒輪轉(zhuǎn)速，根據(jù)各級齒輪轉(zhuǎn)速得到齒輪故障的調(diào)制頻率；

2)將齒輪箱的振動(dòng)信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的Hankel矩陣，利用SVD分解為一系列奇異值分量，利用Hilbert變換得到每個(gè)奇異值分量對應(yīng)的包絡(luò)信號；

3)計(jì)算每個(gè)包絡(luò)信號的自相關(guān)信號，對自相關(guān)信號去趨勢，計(jì)算每個(gè)自相關(guān)信號的對于調(diào)制頻率對應(yīng)的諧頻能量；

4)設(shè)定相應(yīng)的諧頻能量閾值，取奇異值分量中諧頻能量超過閾值的分量重構(gòu)信號，得到去噪后的信號。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SVD的齒輪箱信號降噪方法，其特征在于，步驟1)中，所述齒輪箱的關(guān)鍵靜態(tài)參數(shù)為：電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速、各級齒輪齒數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SVD的齒輪箱信號降噪方法，其特征在于，步驟1)中，

第一級齒輪調(diào)制頻率：f_mod1＝nomSpeed/60

第二級齒輪調(diào)制頻率：

第三級齒輪調(diào)制頻率：

第H級齒輪調(diào)制頻率：

其中：nomSpeed為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，z1，z2，z3，z4…zH，z(H+1)分別為各級齒輪齒數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SVD的齒輪箱信號降噪方法，其特征在于，步驟2)中，

將齒輪箱的振動(dòng)信號X＝[x₁,x₂,…,x_N]轉(zhuǎn)換為Hankel矩陣A，即：

其中：m＝N-n+1；

利用SVD分解，將振動(dòng)信號X分解為一系列奇異值分量SC_s(i),i＝1,2,…,m，其中：m＝N-n+1，m為30～50之間的某個(gè)數(shù)，N為信號的采樣點(diǎn)數(shù)，n為Hankel矩陣的列數(shù)；具體：

將矩陣A分解為：

其中：U為m階酉矩陣，V為n階酉矩陣；σ_i為矩陣A的奇異值，i＝1,2,…,m；

A＝σ₁u₁v₁^τ+σ₂u₂v₂^τ+…+σ_mu_mv_m^τ＝A₁+A₂+…+A_m

其中A_i，i＝1,2,…,m對應(yīng)于原始的振動(dòng)信號X中的一個(gè)奇異分量SC_s(i)；

振動(dòng)信號x(t)的Hilbert變換為：

其中：dτ為積分變量。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SVD的齒輪箱信號降噪方法，其特征在于，步驟3)中，自相關(guān)信號的計(jì)算公式為：

其中：N為數(shù)據(jù)長度，n為時(shí)延數(shù)；

利用最小二乘法擬合出自相關(guān)信號R(sigN)的趨勢項(xiàng)T(sigN)，去趨勢項(xiàng)后的信號為：

DR(sigN)＝R(sigN)-T(sigN)；

諧頻能量計(jì)算方法：首先將去趨勢項(xiàng)后的自相關(guān)信號DR(sigN)通過FFT計(jì)算得到其頻譜；根據(jù)輸入需計(jì)算的頻率f及需計(jì)算的諧頻數(shù)量k，在頻譜中找到調(diào)制頻率f的1至k倍諧頻幅值幅值序列fAmp＝[fAmp(1),fAmp(2),…,fAmp(k)]，計(jì)算得頻率f的諧頻能量EnergSc(i),i＝1,2,3,…,m，對應(yīng)第i個(gè)奇異值分量的諧頻能量：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SVD的齒輪箱信號降噪方法，其特征在于，步驟4)中，取調(diào)制頻率諧頻能量大于所述設(shè)定的諧頻能量閾值的奇異值分量：

gtSC_S(i)＝[EnergSc(i)；s.t.EnergSc(i)≥Threshold]，并計(jì)算各奇異值分量對應(yīng)的權(quán)重w(i)：

利用大于閾值的奇異值分量加權(quán)重構(gòu)信號，得到降噪后的信號ReX：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SVD的齒輪箱信號降噪方法，其特征在于，步驟2)中，將多個(gè)所述振動(dòng)傳感器分別安裝在齒輪箱各軸的軸承位置，采集齒輪箱的振動(dòng)信號，基于所述采集的齒輪箱振動(dòng)信號進(jìn)行齒輪箱信號降噪。