[发明专利]基于编码器信号瞬变特征的机械设备故障诊断方法

说明书

本发明提供一种基于编码器信号瞬变特征的机械设备故障诊断方法，首先利用编码器数据采集卡读取机械设备中编码器的输出得到编码器信号y(t)；然后构建基于局部多项式拟合和稀疏的优化问题并建立迭代算法，利用迭代算法提取出时域瞬变特征x(t)；再利用阶次跟踪算法将时域瞬变特征x(t)转换为角度域瞬变特征x(θ)；最后，识别角度域瞬变特征x(θ)的角度间隔T，进而输出故障诊断结果。本发明实现了变转速工况下时域瞬变特征的提取，利用阶次跟踪技术消除转速变化的影响，为准确利用编码器信号在变转速工况下进行机械设备故障诊断提供准确依据，并可以使得机械设备故障诊断自动化，且使得机械设备故障诊断具体为故障类型，确保设备的运行安全。

技术领域

本发明涉及机械设备故障诊断技术领域，特别涉及一种基于编码器信号瞬变特征的机械设备故障诊断方法。

背景技术

近年来，研究表明编码器信号中包含表征机械设备健康状态的信息。机械设备的关键零部件齿轮、轴承等发生故障时，编码器信号中会产生瞬变特征。然而，故障引起的瞬变特征被编码器信号中的其他成分所干扰，导致难以监测机械设备的健康状态。

现有技术中虽然也提出一些编码器信号特征提取的方法，但是目前的方法只针对于定转速下的编码器信号特征提取，而在工程应用中机械设备多工作在变转速工况条件下，因此，对于变转速的机械设备的故障诊断会发生诊断错误。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的缺陷，提出了如下技术方案。

一种基于编码器信号瞬变特征的机械设备故障诊断方法，该方法包括：

采集步骤，利用编码器数据采集卡读取机械设备中的编码器的输出信号，得到编码器信号y(t)；

时域瞬变特征提取步骤，对编码器信号y(t)构建基于局部多项式拟合和稀疏的优化问题建立迭代算法，基于所述迭代算法从编码器信号y(t)提取时域瞬变特征x(t)；

角度域瞬变特征提取步骤，将编码器信号y(t)作为相位参考信号，利用阶次跟踪算法将时域瞬变特征x(t)转换到角度域中得到角度域瞬变特征x(θ)；

故障诊断步骤，识别角度域瞬变特征x(θ)的角度间隔T，并将所述角度间隔T与故障类型的理论故障角度间隔T’进行匹配，根据匹配结果确定机械设备故障的类型。

更进一步地，所述机械设备为行星齿轮箱，所述行星齿轮箱包括齿圈、太阳轮及三个均匀分布的行星轮，在行星齿轮箱的输入轴和输出轴分别设置一个编码器。

更进一步地，所述行星齿轮箱传动比为5.1:1；所述齿圈的齿数为82、模数为1；所述太阳轮的齿数为20、模数为1；所述行星轮的齿数为31、模数为1；所述太阳轮、行星轮和齿圈相对于输出轴的故障阶次分别为12.3Hz、2.645Hz和3Hz。

更进一步地，对输出轴编码器信号y(t)进行分析确定行星齿轮箱故障类型。

更进一步地，所述时域瞬变特征提取步骤的具体操作为：

对编码器信号y(t)基于局部多项式拟合和稀疏的优化问题表示为：

s.t.p_m＝Ga_m