[发明专利]基于Duffing振子和本征模式分量的滚动轴承故障诊断方法

权利要求书

1.一种基于Duffing振子和本征模式分量的滚动轴承故障诊断方法，其特征在于，首先，采集正常运行的加速度信号，然后对所述正常运行的加速度信号进行分析处理，再建立标准的Duffing振子阵列模型，通过标准的Duffing振子阵列模型对待测信号进行运算，进而判断滚动轴承是否故障；

具体按照以下步骤实施：

步骤1、采集轴承的加速度信号x(t)；

步骤2、对加速度信号x(t)进行EMD处理，至少选取加速度信号的两个局部最大值，构建最大值序列，对所述最大值序列进行三次样条插值，并建立上包络函数x_max；至少选取加速度信号的两个局部最小值，构建最小值序列，对所述最小值序列进行三次样条插值，并建立下包络函数x_min；对所述上包络函数和下包络函数的平均值序列进行计算，公式如下：

m(t)＝(x_max+x_min)/2 (1)，

式(1)中，m(t)表示上包络函数和下包络函数的平均值序列；

步骤3、计算筛分序列，公式如下：

h_i(t)＝x(t)-m(t) (2)，

若h_i(t)满足IMF分量定义，则将h_i(t)定义为一个IMF分量，否则，令x(t)替换h_i(t)，并重复步骤2～步骤3，直至h_i(t)满足IMF分量定义，并定义为新的IMF分量，记为c_i(t)，再建立信号筛分序列；

步骤4、采用如下公式对所述x(t)进行筛分，

r_i(t)＝x(t)-c_i(t) (3)，

式(3)中，c_i(t)表示信号筛分序列的最高频率，即本征模式分量；

并重复步骤1～步骤4，将x(t)分解为n个IMF分量和1个余项，公式如下：

式(4)中，r_n(t)表示余项；

步骤5、通过频域分析得到本征模式分量的主要频率ω_IMF，即幅值最高的频率ω_IMF，根据改进后杜芬振子公式建立标准的Duffing振子阵列模型；

步骤6、采集待测加速度信号，通过标准的Duffing振子阵列模型对待测加速度信号的主要频率进行运算，根据运算结果判断滚动轴承是否故障。

2.根据权利要求1所述的一种基于Duffing振子和本征模式分量的滚动轴承故障诊断方法，其特征在于，所述步骤5中，标准的Duffing振子阵列模型公式如下：

式(5)中，k表示控制阻尼度，r_d表示Duffing振子从混沌状态进入大周期状态的临界值，ω_IMF表示本征模式分量中幅值最高的频率，c_i(t)表示信号筛分序列的最高频率，即本征模式分量，t表示时间。

3.根据权利要求1所述的一种基于Duffing振子和本征模式分量的滚动轴承故障诊断方法，其特征在于，所述步骤6中，判断滚动轴承是否故障的具体过程如下：

对所述Duffing振子阵列模型中的c_i(t)和ω_IMF进行比较，若c_i(t)与ω_IMF相同，则表示Duffing振子从混沌状态进入大周期状态，即测试的滚动轴承正常；若c_i(t)与ω_IMF不同，则表示Duffing振子一直处于混沌状态，即检测的滚动轴承有故障。

4.根据权利要求2所述的一种基于Duffing振子和本征模式分量的滚动轴承故障诊断方法，其特征在于，所述改进后杜芬振子公式如下：

式(6)中，k表示控制阻尼度，r表示驱动力振幅，ω表示驱动力角速度，c_i(t)表示信号筛分序列的最高频率，即本征模式分量，t表示时间。