[發明專利]基于周期指導組稀疏模型的滾動軸承故障診斷方法及系統

有效

• 申請號: 202110650227.0
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113295420B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 李繼猛;黎芷昕;張金鳳;陶金鑫;李強;成星
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G01M13/045
• 分類號: G01M13/045
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 楊媛媛

本發明涉及一種基于周期指導組稀疏模型的滾動軸承故障診斷方法及系統，方法包括：獲取滾動軸承的振動信號；根據所述振動信號確定所述振動信號的增強包絡；根據所述增強包絡和所述振動信號確定增強包絡自相關函數；根據所述增強包絡自相關函數確定軸承故障沖擊周期估計值；根據所述軸承故障沖擊周期估計值構建二進制周期序列；將所述二進制周期序列嵌入彈性網作為約束條件，將L_0.5范數作為懲罰函數，根據所述振動信號構建組稀疏模型；將所述振動信號輸入所述組稀疏模型，確定降噪信號；對所述降噪信號進行增強包絡解調確定滾動軸承故障特征信息。本發明通過對周期沖擊特征的有效提取，提高滾動軸承特征的特征提取精度和故障識別的準確性。

技術領域

本發明涉及機械故障診斷技術領域，特別是涉及一種基于周期指導組稀疏模型的滾動軸承故障診斷方法及系統。

背景技術

滾動軸承是旋轉機械傳動鏈中的關鍵部件，在航空航天、風力發電等重大裝備中發揮著重要作用。然而，由于重大裝備通常在環境惡劣、條件苛刻的環境中長時間連續工作，滾動軸承難免發生如點蝕、磨損等局部損傷，輕則導致整個系統的停機，重則造成重大的人員傷亡事故。因此，研究有效的故障診斷方法來實時監測和識別滾動軸承的健康狀態，對保障設備的安全可靠運行具有重要意義。

稀疏表示的出現為機械故障特征提取提供了新的思路，其主要思想是利用超完備字典中的少量原子來表征信號的主要特征，既可以有效剔除信號中的噪聲干擾，又可以降低數據維度。因此，稀疏表示在機械故障診斷領域得到了廣泛關注和研究，并取得了良好的效果。但是，目前稀疏模型中的懲罰函數的設計主要集中在L₁范數和L₂范數，未能充分利用L₁范數和L₂范數在提升特征的組內組間稀疏性方面的優勢，導致稀疏表示對微弱周期沖擊特征的提取性能較差。因此，有必要研究有效的稀疏表示方法以實現滾動軸承故障的微弱特征提取。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于周期指導組稀疏模型的滾動軸承故障診斷方法及系統，通過對周期沖擊特征的有效提取，提高滾動軸承特征的特征提取精度和故障識別的準確性。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種基于周期指導組稀疏模型的滾動軸承故障診斷方法，包括：

獲取滾動軸承的振動信號；

根據所述振動信號確定所述振動信號的增強包絡；

根據所述增強包絡和所述振動信號確定增強包絡自相關函數；

根據所述增強包絡自相關函數確定軸承故障沖擊周期估計值；

根據所述軸承故障沖擊周期估計值構建二進制周期序列；

將所述二進制周期序列嵌入彈性網作為約束條件，將L_0.5范數作為懲罰函數，根據所述振動信號構建組稀疏模型；

將所述振動信號輸入所述組稀疏模型，確定降噪信號；

對所述降噪信號進行增強包絡解調確定滾動軸承故障特征信息。

可選的，所述根據所述增強包絡自相關函數確定軸承故障沖擊周期估計值，具體包括：

根據所述滾動軸承的節圓直徑、滾動體數量、滾動體直徑、接觸角和旋轉頻率確定故障特征頻率理論值；

根據采樣頻率和所述故障特征頻率理論值確定軸承故障沖擊周期理論值；

根據所述軸承故障沖擊周期理論值和所述增強包絡自相關函數的極大值點確定軸承故障沖擊周期估計值。

可選的，所述組稀疏模型為：