[發明專利]軸承故障信號的VGSET時頻分析方法、裝置、設備及存儲介質

在審

• 申請號: 202110751984.7
• 申請日: 2021-07-02
• 公開（公告）號: CN113670605A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 石光耀;郝國成;鍋娟;金亞睿;甘宇
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04;G01M13/045;G06F17/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種軸承故障信號的VGSET時頻分析方法、裝置、設備及存儲介質，該方法包括：對軸承故障信號進行變分模態分解，得到多個IMF信號；對各IMF信號依次進行GSET變換，得到變換后的IMF信號；將變換后的IMF信號進行依次疊加，得到軸承故障信號的時頻分析結果。使用變分模態分解的方法一定程度地避免了軸承故障信號中的多分量信號由于時頻分辨率較低導致的模態混疊，GSET變換時頻分辨率可變且時頻窗口隨著信號的頻率自適應地調整長度，調整趨勢可控，有效解決了傳統SET方法中STFT固定長度的時間窗函數的影響，并且提高了時頻分辨率，兩者方法結合不僅可以避免傳統SET結果中出現的虛假分量，并且提高了信號的魯棒性和時頻聚集度。

技術領域

本發明涉及軸承故障排查領域，具體涉及一種軸承故障信號的VGSET時頻分析方法、裝置、設備及存儲介質。

背景技術

機械軸承故障給人類的生活帶來巨大不便之處，軸承故障帶來的危害可能會導致工程中機器無法正常運作，造成工程中工作效率下降，嚴重的機械軸承故障會導致工程事故發生，給工作人員帶來生命的危害，如何檢測軸承故障以及發生原因對于工程安全來說一直是一個熱門的話題，然而，軸承具有復雜的結構并且不易拆卸，檢測軸承工作狀態以及分析軸承故障原因成為了工程應用上的一個難題，關于軸承故障信號故障原因的分析，目前的研究方法存在著各種各樣的缺陷，沒有辦法很好地得到軸承故障信號的關鍵特征信息，因此對于機械軸承故障無法快速精確定位。

發明內容

為了解決傳統方法無法獲取軸承故障信號的關鍵特征信息的技術問題，本發明將變分模態分解以及改進過的同步提取變換結合實現對非線性、非平穩信號的分析，通過變分模態分解中的維納濾波過濾信號中多余的噪聲分量以及消除傳統同步提取變換中的偽分量，得到若干個固有模態分量(IMF)，然后對每一個IMF分量進行GSET處理，最終將各個分量處理的結果逐一累加，從而得到了較好的非平穩信號的處理結果。

為了實現上述目的，本發明提供了一種軸承故障信號的VGSET時頻分析方法，包括以下步驟：

S1、對軸承故障信號進行變分模態分解，得到多個IMF信號；

S2、對各所述IMF信號依次進行GSET變換，得到變換后的IMF信號；

S3、將所述變換后的IMF信號進行依次疊加，得到所述軸承故障信號的時頻分析結果。

優選地，步驟S1具體包括：

S11、利用軸承故障信號f(t)構建一個約束變分優化方程：

式中，{u_k(t)}＝{u₁,u₂,...,u_K},{ω_k}＝{ω₁,ω₂,...,ω_K}表示所有IMF信號及其中心頻率的集合，表示所有IMF信號的和，K表示所有IMF信號的個數；k表示第k個IMF信號，f(t)表示軸承故障信號，δ(t)表示沖激函數，t表示時間，表示對時間求偏導，j表示虛數，s.t.表示受限，*表示求卷積；

S12、通過對所述約束變分優化方程添加二次懲罰因子和拉格朗日算子，所述約束變分優化方程轉為交替方向乘子算法求解，即求下式的最小值情況下的u_k(t)：

式中，α為二次懲罰因子，用于平衡計算結果對原軸承故障信號的保真度；λ(t)為拉格朗日算子；

S13、運用交替方向乘子算法尋求上式的鞍點，通過有限次迭代得到各IMF信號；

S14、通過以下公式計算更新后模態的功率譜，得到各IMF信號的中心頻率：