[发明专利]可调品质因子双树复小波变换的旋转机械故障检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机电设备故障诊断技术，具体涉及一种关键零部件(轴承、齿轮、转子碰摩等旋转机械)冲击类型故障特征的提取方法。

背景技术

在国民经济支柱产业中，大型机电设备长期运行在重载、疲劳、腐蚀、高温等复杂恶劣的工况下，设备中关键零部件如齿轮、轴承等旋转机械将不可避免地出现磨损、腐蚀、剥落、胶合、擦伤、裂纹等故障，造成设备运行质量下降甚至出现机毁人亡的恶性事故。因此，实现设备关键零部件运行状态监测及早期故障诊断，对于保证设备安全运行及生产活动的顺利进行有着重要的意义。

旋转机械在通过局部损伤位置时，振动信号通常伴随着冲击的产生，由于其自身运动的周期性，振动信号中就会出现周期性的冲击故障特征。这些故障特征信号往往淹没在复杂设备其他部件振动响应信号及强大的背景噪声中，通过傅里叶变换等传统的平稳信号处理方法很难得到满意的特征提取效果。小波变换是一种被广泛采用的适用于非平稳信号时-频分析的有效工具，通过内积变换运算将响应信号中与小波基函数最为相似的信号成分提取出来。电子科技大学苗强等提出了基于连续小波变换的诊断方法(苗强，唐超，谢磊，梁巍.基于连续小波变换的旋转机械部件的自适应故障诊断方法CN102539150A)，然而该方法计算效率低，采用的正交小波基函数振荡性低，很难检测高振荡性的冲击故障。

离散小波变换具有较高的运算效率。然而，传统的二进小波变换具有固定的频带划分特性，使得各层频带聚焦性差。同时，不同尺度上小波基函数频谱具有较宽的频率过渡带，使得二进小波变换基函数品质因子低，时域振荡性差，不利于匹配检测机械振动中往往出现的高振荡性冲击故障成分。西安交通大学何正嘉等提出提出一种可变空间-尺度框架的小波变换(何正嘉，陈彬强，张周锁，訾艳阳等.基于可变空间-尺度框架的机械冲击型故障诊断方法CN102721537)，提高了频谱分辨率及频带聚焦性。然而，工程实践中发现这些实值小波基函数在分析中存在时移变性的缺点，对于周期性冲击信号可能得到并不准确的周期信息。

发明内容

基于高品质因子小波基函数具有高的时域振荡性，对于机械故障冲击信号的检测更为有效的思路，本发明的目的是提供一种通过控制采样参数，构造出具有可调品质因子的双树复小波基函数，可有效地检测出高振荡性冲击故障特征的旋转机械故障诊断方法。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案实现的：

一种可调品质因子双树复小波变换的旋转机械故障检测方法，其特征在于：包括下述步骤：

步骤1：构造采样参数集合，以生成品质因子可调的双树复小波基函数集，具体包括：

a.构造采样参数集合Ω＝{(p，q，s)|p，q，s∈Z⁺}用以生成可调品质因子双树复小波基函数集{B_p，q，s|(p，q，s)∈Ω}，其中，Z⁺为正整数集，双树复小波基函数的实部、虚部分别由两对滤波器组[h(n)，g(n)]和展成；

b.采样参数p，q，s共同决定了两对滤波器组[h(n)，g(n)]和展成的双树复小波基函数的时频特性及品质因子，其中，q／p决定了双树复小波基函数的尺度伸缩因子，小波基函数的品质因子定义为基函数的中心频率与带宽的比值，定义H(e^jw)、G(e^jw)、依次为滤波器h(n)、g(n)、的傅里叶频谱，其中H(e^jw)、G(e^jw)构成实部分支滤波器组；

实部分支滤波器采用可变空间尺度框架函数构造，虚部分支的滤波器组的数学表达式为：