[发明专利]一种改进的无键相故障特征阶次提取方法

权利要求书

1.一种改进的无键相故障特征阶次提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过传感器采集设备的振动信号，采用时频变换方法处理采集到的振动信号，再通过峰值搜索算法估计出谐波的瞬时频率，然后对任一阶次的瞬时频率进行积分运算，得到粗略估计的瞬时相位，最后运用Romberg积分法则对粗略估计的瞬时相位进行修正，得到最终精确估计的瞬时相位信息；

2)根据时间域与角度域的映射关系，利用步骤1)得到的最终精确估计的瞬时相位信息，以恒定的角度增量Δθ，对时间域的振动信号进行角度域重采样，然后利用柔性角度域同步平均方法对角度域重采样信号进行降噪处理，最后对降噪后的角度域重采样信号进行阶次谱分析，提取出设备的故障特征阶次，完成变转速工况下的无键相故障特征阶次提取。

2.根据权利要求1所述的改进的无键相故障特征阶次提取方法，其特征在于，步骤1)中对估计出的任一阶次谐波的瞬时频率进行积分运算，得到粗略估计的瞬时相位，然后运用Romberg积分法则对粗略估计的瞬时相位进行修正，得到最终精确估计的瞬时相位信息的具体操作为：

1a)对估计的任一阶次谐波的瞬时频率f(t)进行积分运算，得到粗略估计的瞬时相位θ(t)：

其中，t_n为设备转轴转过n圈所经过的时间；

1b)运用Romberg积分法则对粗略估计的瞬时相位进行修正，得到原积分函数θ(t)的Romberg外推形式为：

其中，R为瞬时相位的修正结果，瞬时相位修正的准确值为外推形式的对角线元素R_j,j，使Romberg积分修正运算停止下来的准则为：外推形式中对角线上的两个元素之差ε小于等于预设极限误差值，即

ε＝|R_j,j-R_j-1,j-1|≤预设极限误差值

得到符合精度要求的瞬时相位积分值：

3.根据权利要求1所述的改进的无键相故障特征阶次提取方法，其特征在于，步骤2)中利用柔性角度域同步平均方法，处理重采样后的谐波信号，具体操作为：

2a)构建角度域重采样连续信号x(θ)的常规同步平均处理信号

其中，N为测试的周期数，θ_T为周期；

由于常规的同步平均等价于角度域信号在频域的重采样，则有

其中，X(ω)是x(θ)的傅里叶变换；X_p(ω)是X(ω)的频域重采样信号；ω₀＝2π/θ_T表示频域重采样的采样间隔；在频域采样前，角度域信号经抗混叠滤波处理，x(θ)和是有限带宽的信号，则上式可以简化为：

其中，ω_a为抗混叠滤波器的低通截止频率；

2b)根据连续傅里叶变换和离散傅里叶变换的关系，由角度域重采样离散信号x[θ]的傅里叶变换X_d(ω)，估计出角度域重采样连续信号x(θ)的傅里叶变换X(ω)为：

其中，Δθ为x(θ)的采样间隔值；在满足采样定理的前提下，X(kω₀)可被估计计算为：

X(kω₀)＝ΔθX_d(kω₀Δθ)

＝ΔθX_d(2πkω₀/ω_s)

＝ΔθX_d(kΔω)

其中，Δω＝2πkω₀/ω_s为归一化的频率采样间隔，ω_s为角度域信号频域采样率；

2c)利用Chirp-Z变换令A＝1,W＝e^-jΔω,M＝L+1，计算得到最终重构出经柔性同步平均降噪后的角度域重采样信号