[发明专利]一种基于均变相位经验模态分解和快速谱峭度的轴承故障诊断方法

权利要求书

1.一种基于均变相位经验模态分解和快速谱峭度的轴承故障诊断方法，其特征在于该方法包括以下具体步骤：

(1)采用均变相位经验模态分解方法对轴承故障信号加以分解；

(2)计算分解出的所有分量的峭度，选取出峭度最大的分量；

(3)用快速谱峭度对峭度最大的分量进行处理，获取具有最佳分析频带的功率谱；

(4)对所述功率谱进行分析，识别所述轴承故障信号的故障特征；

所述步骤(1)具体如下：

(2-1)设置相关参数，构造掩膜信号；

(2-2)在待分解信号中加入掩膜信号；

(2-3)判断出信号的所有极值点，对极值点三次样条曲线拟合构造均值曲线；

(2-4)将均值曲线从信号中分离，将不包含均值曲线的剩余信号重复步骤(2-3)，直至满足停止条件，则得到第一个分量，从中减去掩膜信号，并集成平均，获得第一个内禀模态函数；

(2-5)计算出余项作为新信号，循环步骤(2-2)到步骤(2-4)，直到分解出所有的内禀模态函数；

(2-6)从待分解信号中分离所有的内禀模态函数，其余项作为趋势项，最终将待分解信号分解为一系列的内禀模态函数和趋势项之和；

步骤(3)中所述快速谱峭度是在谱峭度的基础上提出的带通滤波器的算法；假设用Y(t)作为原始信号X(t)的激励响应，公式表示为：

其中，H(t,f)为时变传递函数；基于四阶谱累积量的谱峭度可以定义为：

其中，S_2nY(f)是谱瞬时矩，用来度量包络能量，定义如下：

S_2nY(f)＝E(|H(t,f)dX(f)|²ⁿ)/df

再将谱峭度转化为归一化累积量，即表示为：

所述快速谱峭度的算法是通过合理地选取频率及其分辨率使其信号的峭度值最大，包括以下步骤：

(4-1)设计高通滤波器h₁(t)和低通滤波器h₀(t):

式中：h(t)表示标准FIR低通滤波器，其中，截至频率为1/8；

(4-2)利用高通滤波器和低通滤波器对信号滤波处理，然后对滤波后的信号进行降采样，反复迭代进行，得到相应的滤波结果；

(4-3)计算每次迭代所得结果的谱峭度值，其计算公式为：

表示第k层第i个滤波器所得到的滤波结果,E(t)表示t的期望值；

(4-4)结合上述步骤得到的谱峭度，构成信号x(t)的快速谱峭度图，并从谱峭度图中找出峭度值最大的频段作为中心频带和带宽的最优组合，进行故障特征识别。

2.根据权利要求1所述基于一种均变相位经验模态分解和快速谱峭度的轴承故障诊断方法，其特征在于步骤(2)所述峭度的峭度值K定义为：

式中：x是需要计算峭度值的信号，μ为信号的均值，σ表示标准差，E(t)表示t的期望值。