[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

说明书

本发明公开了一种基于编辑倒频谱的故障滚动轴承模态参数提取方法，包括步骤：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。所述方法具有一定的抗噪性和参数提取的准确性，能够克服相关滤波法在含噪信号中提取参数的不准确性问题。

技术领域

本发明涉及轴承等旋转机械的信号处理领域，更具体地，涉及一种基于编辑倒频谱的故障滚动轴承模态参数提取方法，可以用来准确提取滚动轴承故障时的模态参数，为后续滚动轴承的故障诊断做出贡献。

背景技术

模态分析是研究结构动力特性的一种方法，是系统辨别方法在振动工程领域的应用。通过模态分析的方法，获得系统的多阶固有频率和阻尼比。模态分析分为试验模态分析方法和工作模态分析方法，由于工作模态分析仅需要测试得到振动响应数据，无需对输入的激励力进行测试，更符合实际情况且方法简单，近年来研究发展活跃。通过对故障轴承的工作模态分析，更能进一步通过振动数据揭示故障损伤的类型。

现常用的工作模态参数提取方法分为时域法和频域法。时域法是基于结构的各界模态相互独立，并构成一个正交函数系列的属性，将结构振动分解为结构模态分量的叠加。如时间序列识别方法、特征系统实现方法、随机子空间方法和ITD方法等。而频域法是通过傅里叶变换将时域振动数据转换到频域，进行处理并拟合获取。如份量分析法、导纳圆识别方法以及正交多项式曲线拟合方法等。测得的振动数据是激励力与传递函数卷积后的结果，但无论时域法还是频域法得到的结果中都无法排除激励力对最终结果的影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有工作模态分析中参数提取方法的准确性不足，提出了一种基于编辑倒频谱的故障滚动轴承模态参数提取方法，该方法能够利用倒频谱解卷积的性质，通过加窗滤波的方式将激励力信息移除，提取出振动数据中只包含传递函数信息的数据，并利用补偿分析，弥补由于加窗导致模态信息发生的改变，同时采用有理分式多项式拟合的方法来提取故障轴承的多阶固有频率和阻尼比。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种基于编辑倒频谱的故障滚动轴承模态参数提取方法，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。

进一步地，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；