[發明專利]基于相對諧階次的機電故障診斷方法、系統及建模方法

有效

• 申請號: 202110686358.4
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113358212B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 施全;周蒼松;石曉輝;鄧飛云;孫鈺伶
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;G06F30/20
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 孫根

本發明公開了一種基于相對諧階次的機電故障診斷方法，獲取機械結構工作時的振動信號，得到其振動時域數據；獲取振動數據的階次譜；根據機械結構的NVH特性，統計其中的諧階次并對其幅值進行求和；將諧階次幅值求和的值與無故障機械結構的相應值進行比較得到差值；將該差值按照時間順序繪制曲線，實現對機械結構故障的監測診斷。并基于此，提出一種診斷檢測系統和機電系統的建模方法，可實現對齒輪箱齒輪運行狀態的有效監測，確保齒輪箱健康運行。便于建立通用化的參數化模型，通過修改參數化模型的具體參數，可實例化成為某型具體的機電系統通用模型，提高了機電故障監控、診斷的效率與準確性。

技術領域

本發明涉及機電傳動系統故障診斷技術領域，具體涉及一種基于相對諧階次的機電故障診斷方法、系統及建模方法。

背景技術

在齒輪、葉輪等故障診斷中，故障信號對某一特征信號的調制作用，在其階次譜圖上產生諧階次，這些諧階次是以齒輪的嚙合階次為中心，以軸的旋轉階次為間隔的諧階次，同時，使用階次分析解決實際問題時還以細化階次譜分析作為基礎，保證分析的精確性。最后利用階次譜細化圖的諧階次對機械設備中齒輪故障進行分析和診斷，判斷故障的所在位置和原因。

現有技術的諧階次分析方法，數據處理較為復雜，主要是對可能的故障點進行單獨定點檢測，對機械結構中的各部件的振動傳遞帶來的信號干擾沒有足夠的重視和合理的分析方法，難以建立具有通用性的標準參數化模型，使機械結構故障診斷的精確性難以保證。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是：提供一種數據采集方便，諧階次分析簡便，故障診斷精確性高的故障診斷方法，并基于此提供一種充分考慮機電系統的振動信號的傳遞耦合作用，便于建立通用的參數化模型，更加便于定位故障點的建模方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術方案：

一種基于相對諧階次的機電故障診斷方法，包括以下步驟，

1)獲取機械結構工作時的振動信號，并對該振動信號進行預處理，得到其振動時域數據；

2)截取機械結構工作時的穩態振動時域數據中的一段，經計算獲取振動數據的階次譜；

3)根據機械結構的NVH特性，截取出具有諧階次的階次譜段；

4)對該階次譜段進行特征趨勢統計，統計其中的諧階次并對其幅值進行求和；

5)將諧階次幅值求和的值與無故障機械結構的相應值進行比較，得到一差值；

6)將該差值按照時間順序繪制曲線，通過曲線的實時變化，實現對機械結構故障的監測診斷。

進一步的，步驟2中振動數據的階次譜是通過對截取的振動時域數據采用等角度采樣方法并經快速傅里葉變換得到的階次譜；

進一步的，步驟3中具有諧階次帶的階次譜段是根據有故障的相同類型的機械結構產生的階次譜圖經分析對比獲取的。

進一步的，步驟4中，根據截取的階次譜段數據，濾掉多余的階次譜段數據，并根據機械結構的特點計算諧階次間隔，提取得到諧階次數據，將諧階次的幅值求和，得到一個諧階次值：

其中H為諧階次值，h為單個諧階次的幅值，N為諧階次個數。

進一步的，步驟5中，計算無故障機械結構工作時的諧階次值的范圍，該范圍的極限值設為設定值，所述諧階次值與設定值相減即為所述差值。

所述機械結構包括齒輪箱或離心泵葉輪或其他旋轉結構。

基于此，一種基于相對諧階次的機電系統參數化建模方法，包括以下步驟：

1)分析機電系統的物理結構；