[发明专利]一种基于编辑倒频谱的故障滚动轴承模态参数提取方法

权利要求书

1.一种基于编辑倒频谱的故障滚动轴承模态参数提取方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、采集包含滚动轴承故障特征的振动加速度响应信号；

S2、应用带通滤波器，去除振动加速度响应信号中的干扰信号，得到滤波后的时域信号；

S3、根据倒频谱解卷积的特性，对滤波后的时域信号进行实倒频谱计算，再将其转换为带有相位信息的复倒频谱；

S4、对复倒频谱进行指数窗滤波，提取包含频率响应函数信息的部分，再将其转换到频域中；

S5、对获取的频域中信息，进行有理分式多项式拟合来提取故障滚动轴承的多阶模态参数，并补偿分析指数窗的影响。

2.根据权利要求1所述的一种基于编辑倒频谱的故障滚动轴承模态参数提取方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下内容：

S11、建立物理坐标系：X轴正向指向滚动轴承的轴向，Z轴正向竖直向上，Y轴正向由右手定则确定；

S12、安装传感器：利用1个单向加速度传感器，安装在被测故障滚动轴承轴承座上方，测试方向为Z向，将单向加速度传感器、数据采集器以及便携式计算机，按照正确的方式连接；

S13、设置相应的采样参数：采样时间长度T为10～20s，采样频率设为f_s，则对应的采样时间间隔Δt＝1/f_s，采样点数n＝f_s×T；记最终采集的振动加速度时域信号为x_T(t)；

S14、从x_T(t)中截取一段信噪比较高、时长为T_x的振动加速度响应信号进行分析，记为x(t)。

3.根据权利要求1所述的一种基于编辑倒频谱的故障滚动轴承模态参数提取方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下内容：

设置带通滤波器的参数：下限截止频率f_lc＝1/20×f_s，上限截止频率f_hc＝1/2×f_s，其中f_s为振动加速度响应信号的采样频率；滤波的目的是为了去除轴承制造误差和装配误差所导致的低频振动，以及其他机械结构所产生的振动干扰，记滤波后的时域信号为x_p(t)。

4.根据权利要求1所述的一种基于编辑倒频谱的故障滚动轴承模态参数提取方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下内容：

S31、对滤波后的时域信号x_p(t)进行实倒频谱计算：

A(f)＝Γ(x_p(t))

C_r(t)＝Γ^-1{ln(A(f))}

式中，Γ(·)和Γ^-1(·)分别代表傅里叶正变换和傅里叶逆变换，A(f)和C_r(t)分别是x_p(t)的频谱以及实倒频谱；

S32、根据实倒频谱与复倒频谱之间的关系，将实倒频谱转换为带有相位信息的复倒频谱：

式中，C_c(t)为复倒频谱，即将实倒频谱中的正频部分乘以2，负频部分置零。

5.根据权利要求1所述的一种基于编辑倒频谱的故障滚动轴承模态参数提取方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下内容：

S41、根据倒频谱解卷积的特性，利用指数窗提取复倒频谱C_c(t)上的传递函数的信息：

式中，C_trans(t)为传递函数信息倒频域上的表达式，σ_w为指数窗的阻尼因子，Δt为采样时间间隔，n为采样点数；

S42、再通过下式将C_trans(t)频率响应函数信息转换到频域中：

Imag_T(f)＝imag(Γ(C_trans(t)))

式中：Real_T(f)与Imag_T(f)分别是提取到的频率响应函数的实部和虚部。

6.根据权利要求1所述的一种基于编辑倒频谱的故障滚动轴承模态参数提取方法，其特征在于：步骤S5中，设置所需要识别的故障滚动轴承的模态阶数k；利用有理分式多项式拟合频率响应函数的方法来获取多阶故障滚动轴承的模态参数；并通过下式进行补偿分析：

式中，ξ_real、ξ_rec分别是准确的阻尼比与识别得到的阻尼比，ω是识别得到的固有频率，σ_w为指数窗的阻尼因子，σ是准确的阻尼因子，去除指数窗对模态参数提取的影响，获取准确的固有频率f_dj和阻尼比ξ_j，其中j＝1…k。