[發明專利]基于自適應時變梳狀濾波的變轉速齒輪故障信號提取方法

有效

• 申請號: 202110324209.3
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113074941B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 陳向民;段萌;舒國強;張亢;盧緒祥;晉風華;李錄平
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G01M13/045
• 分類號: G01M13/045
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 姚瑤

1.一種基于自適應時變梳狀濾波的變轉速齒輪故障診斷方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟S1：采集變轉速下的齒輪振動信號x(t)和轉速信號f_r(t)，t＝t₁,t₂,…,t_N，N為信號采樣長度；

步驟S2：用自適應時變梳狀濾波器對齒輪振動信號進行時變梳狀濾波，以獲取時變梳狀濾波信號，所述時變梳狀濾波信號為提純后的齒輪嚙合振動成分及其調制邊頻成分；

步驟S3：根據轉速信號對所述時變梳狀濾波信號進行等角度重采樣得到角域重采樣信號；

步驟S4：對所述角域重采樣信號進行頻譜分析得到階次譜，并根據所述階次譜中嚙合階次周圍的調制邊頻階次診斷變轉速下的齒輪故障。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述自適應時變梳狀濾波器是根據轉速信號而設計，所述自適應時變梳狀濾波器的沖擊響應及其頻響函數H(t_i,ω)分別表示如下：

式中，h(t_i,ω)為t_i時刻的沖擊響應，H(t_i,ω)為t_i時刻的頻響函數，f_g(t_i)表示t_i時刻的嚙合頻率值；f_r(t_i)表示t_i時刻的轉頻值；ω_i表示t_i時刻的濾波器半帶寬，ω為角頻率，K為濾波階數，t表示時間。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟S2中用自適應時變梳狀濾波器對齒輪振動信號進行時變梳狀濾波，以獲取時變梳狀濾波信號的過程如下：

S21：初始化濾波時刻t_i＝1；

S22：根據濾波時刻t_i的自適應時變梳狀濾波器的頻響函數H(t_i,ω)對齒輪振動信號x(t)進行濾波，得到t_i時刻的時變梳狀濾波信號點s(t_i)，表示如下：

式中，H[x(t)]表示齒輪振動信號x(t)的頻譜信號，IFFT表示FFT逆變換，為y(t)中t＝t_i時刻的數據；

S23：判斷是否存在i＜N，若是，則i＝i+1，并返回步驟S22，直至i＝N，再將濾波得到的所有時刻的時變梳狀濾波信號點按時間順序排列，得到時變梳狀濾波信號s(t),t＝t₁,t₂,…,t_N。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟S3中根據轉速信號對所述時變梳狀濾波信號進行等角度重采樣得到角域重采樣信號的過程如下：

S31：采用三次多項式對轉速信號f_r(t)進行擬合，確定擬合系數a、b、c、d；

f_r(t)＝at³+bt²+ct+d

S32：基于設定的最大分析階次D_max計算出等角度重采樣的角度間隔Δθ，如下：

S33：利用所述角度間隔Δθ計算出重采樣后的數據長度L，如下：

式中，T為時域采樣的總時間，存在T＝t_N-t₁；

S34：根據擬合系數a、b、c、d，用如下公式計算出等角度重采樣的鍵相時標T_n：

式中，T₀為時域采樣開始時間，即T₀＝t₁；

S35：利用Langrange線性插值公式對時變梳狀濾波信號s(t)進行插值，Langrange線性插值公式為：

式中，ω(T_n)為角域重采樣信號。