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专利号: 2021113636617
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于谱相干的局部特征构建加权联合提升包络谱的方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:计算实测信号的谱相干;

实测旋转机械振动信号x(tn),tn=n/Fs,n=0,1,…,N‑1的谱相关SC定义为:式中:K=(2N+1)Fs,N为信号长度,Fs为信号的采样频率;α为循环频率;f为频谱频率;R(tn,τm)为x(tn)的瞬时自相关函数,tn=n/Fs为采样时刻,τm为延迟因子;谱相干为谱相关的归一化版本,定义如下:选用合适的数值计算方法对信号的谱相干进行估计,得到γ(αn,fm),αn为离散循环频率;fm为离散频谱频率;

步骤2:基于谱相干的局部特征识别候选故障频率;

首先,基于中值滤波对谱相干进行降噪处理:

+

式中:median(·)代表中值滤波;算子[·]将所有小于零的数置零;δ(n)=[αn-kΔα,αn+kΔα]为以αn为中心的邻域,Δα为循环频率的分辨率,参数k取值5~50;

接着,对任意固定的频谱频率fm,定义:

式中:参数L决定了循环频率切片 的模的局部最大值的稀疏程度;对任意的循环频率为αn,定义频谱频率切片γ(αn,·)上的局部最大值的数量为η(n),则有:式中:M为离散频谱频率的数量;G为离散循环频率的数量;αn为轴承故障相关频率时,则η(n)的值倾向于更大;为此,对η(n)按照大小进行排序,得到 如果则存在ki和ki+1使得Ω(ki)>Ω(ki+1)成立,其中 和 函数Ω(·)定义如下:

选取前D最大的 所对应的循环频率 作为候选故障频率,则有:通过合理设置参数D,确保候选故障频率中主要包含与轴承故障相关的频率成分;

步骤3:基于1/3‑二叉树的谱相干频谱频带分割,并利用识别的候选故障频率量化各频谱频率窄带的故障信息;

使用1/3‑二叉树结构滤波器组分割频谱频率,得到具有不同中心频率和带宽的频谱频l l+1率窄带;第l,l=0,1,1.6,2,2.6,3,…层的第k,k=1,…,2个窄带Bl,k=[Fs·(k‑1)/2 ,l+1 l+1 l+1Fs·k/2 ],中心频率fc=Fs·(2k‑1)/2 ,带宽Bw=Fs/2 ;基于窄带Bl,k计算窄带提升包络谱IESl,k(α):接着,定义IESl,k(α)在CFFs处的能量与整个IESl,k(α)的能量比ERl,k作为诊断性指标:ERl,k量化了频谱频率窄带Bl,k所包含的与故障相关的二阶循环平稳特征信息;ERl,k越大,表明窄带Bl,k所包含的故障信息越多;

步骤4:构造加权联合提升包络谱WCIES,首先在每一分解层选取具有诊断信息的窄带提升包络谱IES构造联合提升包络谱CIES,再对CIES进行加权平均得到WCIES,具体如下:l

(1)在第l层上计算所有IESl,k(α),k=1,…,2的诊断性指标的最大值ERl,max:l

ERl,max=max{ERl,k,k=1,...,2}                 (10)将SKl=Rs·ERl,max,0

(2)在每一分解层数上,将所识别的有价值的IES进行平均,得到CIES:式中:H(l)为在第l层选择的IES的数量;示性函数I{ERl,k≥SKl}仅取值0或1,且仅在ERl,k≥SKl成立时取值为1;

(3)最后,对每一分解层的CIESl(α)进行加权求和,得到WCIES:式中:nlevel为最大分解层数;W(l)为第l层的权重函数,由CIESl(α)的诊断性指标ERl决定:

2.根据权利要求1所述的一种基于谱相干的局部特征构建加权联合提升包络谱的方法,其特征在于,所述步骤1中对信号的谱相干进行估计的算法为Fast SC算法。

3.根据权利要求1所述的一种基于谱相干的局部特征构建加权联合提升包络谱的方法,其特征在于,所述步骤2中参数k取值不超过N/10。

4.根据权利要求1所述的一种基于谱相干的局部特征构建加权联合提升包络谱的方法,其特征在于,所述步骤2中参数L取值为3~10。

5.根据权利要求1所述的一种基于谱相干的局部特征构建加权联合提升包络谱的方法,其特征在于,所述步骤3中将参数D设置如下:D=p·αmax                               (14)式中:αmax为最大的循环频率;p为比例参数,在[0.01,0.1]内取值。

6.根据权利要求1所述的一种基于谱相干的局部特征构建加权联合提升包络谱的方法,其特征在于,所述步骤4中参数Rs取值为0.5。