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专利号: 2019111424310
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于频域组稀疏降噪的轴承故障诊断方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:采集轴承的时域振动信号,对所述时域振动信号采用高通滤波器滤波,滤除低频耦合信号成分干扰;

S2:将滤波后的时域振动信号归一化并估计噪音偏差,寻找最优正则化参数λ;

S3:将所述滤波后的时域振动信号转换到频域,采用Douglas‑Rachford算法消除所述信号的频域噪音;具体包括以下步骤:S31:提出轴承故障信号的频域降噪模型:其中,x表示理想的轴承信号,y表示获得的轴承信号,P(x)满足如下表示式:其中,γ表示正则约束参数;

S32:推导出Fγ(x)的表达式并找到其阈值函数,Fγ(x)的表达式如下:其中,m表示理想的轴承信号x某一信号点位置,xm表示第m个信号点,k表示第k组信号,xk,m表示第k组信号中第m个信号点,M表示信号总长度;

使Fγ(x)满足 以找到最小Fγ(x),Fγ(x)的最优条件为:其中,yi表示原始故障信号,xi表示理想的降噪信号;

得:

定义 得到上一等式的等价条件:xi=yi‑g(k),如果i≤kyi≤g(k),如果i≥k频域降噪模型的阈值函数为:x=soft(y,g(k))S33:将提出的稀疏降噪模型转换到频域中,转换过程如下:其中,Pλ表示正则约束项,U表示Parseval框架算子,上一表达式满足:其中,u表示频域理想降噪信号,z表示频域原始信号;

S34:采用Douglas‑Rachford算法进行求解最优结果,算法步骤如下:(0)

S341:初始化迭代信号t =y′,其中y′为输入信号;

(i+1) (i)

S342:u =t ,其中i表示第i次迭代;

S343:

(i+1) (i+1) (i) (i+1)S344:更新迭代信号t =z +t ‑uS345:当达到更迭轮次N时输出去噪信号t;

S4:将处理过后信号转换到时域,通过包络谱分析进行轴承的故障诊断。

2.根据权利要求1所述的基于频域组稀疏降噪的轴承故障诊断方法,其特征在于:步骤S1中,所述时域振动信号通过加速度传感器获取。

3.根据权利要求2所述的基于频域组稀疏降噪的轴承故障诊断方法,其特征在于:步骤S1中,采用模拟轴承故障诊断信号,在所述模拟轴承故障诊断信号中加入周期性脉冲序列,压倒性噪声,干扰谐波和随机脉冲,所述模拟轴承故障诊断信号通过下式得到:其中,Ak是周期性故障冲击脉冲序列的幅值。

4.根据权利要求1所述的基于频域组稀疏降噪的轴承故障诊断方法,其特征在于:步骤S2中,通过计算以下内容,找到噪音偏差与最优正则化参数λ的关系:自相关冲击谐波噪声比AIHN,计算公式如下:其中,i表示第i次冲击特征,k表示第k次冲击特征,Ren(kNT)表示自相关幅度值在第k个周期的脉冲函数,Ren(0)表示在0时刻的能量值;

峭度指数Kurtosis,计算公式如下:其中,N′表示采样数量,n表示第n个采样点,xi′表示第i个样本值;

冲击故障信息指数PI,计算公式如下:PI=AIHN*Kurtosis。

5.根据权利要求4所述的基于频域组稀疏降噪的轴承故障诊断方法,其特征在于:步骤S2中,对滤波后的时域振动信号先进行归一化,再进行噪音偏差的估计。

6.根据权利要求5所述的基于频域组稀疏降噪的轴承故障诊断方法,其特征在于:步骤S2中,最优正则化参数λ与估计出的噪音偏差σ之间的关系为2

λ=174.9692σ+2.5683σ+0.0011。