[發(fā)明專利]一種基于自適應(yīng)噪聲變換和隨機共振的機械故障診斷方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211258644.1
• 申請日: 2022-10-14
• 公開（公告）號: CN115655455A
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 遲峰;王永;黃曉燕;高翔;楊秦敏;翁得魚;陳旭;曹偉偉
• 申請（專利權(quán)）人: 山東臨工工程機械有限公司;浙江大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;G06F17/14;G06N3/006
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳昌榀

1.一種基于自適應(yīng)噪聲變換和隨機共振的機械故障診斷方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

S1、利用加速度傳感器采集機械旋轉(zhuǎn)部件的振動數(shù)據(jù)，作為原始信號；

S2、將原始信號經(jīng)過離散小波變換分解為不同頻帶的信號，分解層數(shù)為待定系數(shù)，對分解后的信號進行重分布，放大低頻信號，重分布系數(shù)待定，將重分布后的信號在經(jīng)過離散小波變換重構(gòu)得到包含粉紅噪聲的新信號；

S3、通過人工蜂群算法對S2中的離散小波分解層數(shù)和重分布系數(shù)進行尋優(yōu)，尋優(yōu)目標函數(shù)為加權(quán)譜峭度，將尋優(yōu)結(jié)果代入S2中得到重構(gòu)后的信號；

S4、將重構(gòu)后的信號輸入標準化后的雙穩(wěn)態(tài)隨機共振系統(tǒng)，通過隨機共振利用噪聲能量增強低頻信號能量，放大原信號中的故障特征信號，得到去噪后的信號；

S5、對最終得到的經(jīng)過隨機共振系統(tǒng)去噪后的信號進行希爾伯特包絡(luò)譜分析，將包絡(luò)譜峰值頻率和計算出的理論故障特征頻率進行比較，對機械旋轉(zhuǎn)部件進行故障診斷。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自適應(yīng)噪聲變換和隨機共振的機械故障診斷方法，其特征在于，S2中原始信號經(jīng)過離散小波變換進行信號噪聲變換的方法為：

假設(shè)x(t)為原始輸入信號，首先對原始信號進行離散小波變換，得到一系列的細節(jié)系數(shù)和近似系數(shù)，表達式如下：

其中，a_J(k)為近似系數(shù)，d_j(k)為細節(jié)系數(shù)，為尺度函數(shù)，為母小波函數(shù)，j為分解層數(shù)，j＝1,2,..,J，J為最后一層，得到在不同頻帶的一些列小波系數(shù)：

Φ＝{d₁,d₂,…,d_j,…,d_J,d_J+1} (3)

其中d_J+1為最后一層的近似系數(shù)a_J，

分解層數(shù)J由下式?jīng)Q定：

其中f_s為采樣頻率，f₀為故障特征頻率，將故障特征頻率包含在最后一層細節(jié)系數(shù)里；

對各個不同頻帶信號中的噪聲進行重分布，得到粉紅噪聲，對各個小波系數(shù)進行重分布的公式如下：

其中，α為重分布系數(shù)，最后將重分布后的信號進行重構(gòu)得到新的信號y_n(t)：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自適應(yīng)噪聲變換和隨機共振的機械故障診斷方法，其特征在于，S3中使用人工蜂群算法對離散小波分解層數(shù)J和重分布系數(shù)α進行尋優(yōu)的步驟如下：

S21、初始化解空間維度和范圍，種群個數(shù)和種群解，偵查蜂數(shù)量，加速度常數(shù)，蜜源最大不更新次數(shù)，以及最大迭代次數(shù)；

S22、計算各蜜源的適應(yīng)度函數(shù)值，雇傭蜂在目前蜜源的附近進行探索搜尋新的蜜源，跟隨蜂根據(jù)貪婪策略選擇最優(yōu)的蜜源，并在蜜源附近進行探索搜索新的蜜源；

S23、重復(fù)步驟S22，如果某個蜜源未更新次數(shù)達到蜜源最大不更新次數(shù)，丟棄該蜜源，并且根據(jù)偵查蜂數(shù)量隨機產(chǎn)生一個最優(yōu)蜜源進行代替；

S24、不斷重復(fù)S22和S23，直到達到最大迭代次數(shù)，得到最優(yōu)解。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自適應(yīng)噪聲變換和隨機共振的機械故障診斷方法，其特征在于，所述S4中利用雙穩(wěn)態(tài)隨機共振系統(tǒng)對信號進行去噪的方法包括：

雙穩(wěn)態(tài)過阻尼隨機共振系統(tǒng)的朗之萬方程如下：

其中x(t)是粒子運動軌跡，a,b是非負系統(tǒng)參數(shù)，A₀是微弱信號幅值，f₀為周期信號頻率，ξ(t)是零均值高斯白噪聲，強度為D；

為了克服小參數(shù)限制，令因此，(7)式變?yōu)椋?/p>

得到雙穩(wěn)態(tài)隨機共振系統(tǒng)的標準形式，并且對輸入周期信號進行頻率和幅值變換，滿足小參數(shù)限制。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自適應(yīng)噪聲變換和隨機共振的機械故障診斷方法，其特征在于，S5中希爾伯特包絡(luò)譜分析的方法包括：

將信號經(jīng)過希爾伯特變換得到原始信號的復(fù)域部分，將原信號和其復(fù)域部分相結(jié)合得到信號的解析信號，求解析信號的模即得到希爾伯特包絡(luò)信號，求幅值譜即得到希爾伯特包絡(luò)譜。