[发明专利]匹配增强时频表示的旋转机械故障诊断方法有效

专利信息
申请号: 202010271309.X 申请日: 2020-04-08
公开(公告)号: CN111458122B 公开(公告)日: 2022-03-29
发明(设计)人: 石娟娟;花泽晖;沈长青;王俊;江星星;朱忠奎 申请(专利权)人: 苏州大学
主分类号: G01M13/00 分类号: G01M13/00
代理公司: 北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙) 11350 代理人: 汤东凤
地址: 215131 *** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 匹配 增强 表示 旋转 机械 故障诊断 方法
【权利要求书】:

1.匹配增强时频表示的旋转机械故障诊断方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1、引入调频率来匹配频率变化的信号的时频特征,并分析所设定调频率对时频图的影响;

步骤2、扩展现有的线性变换基函数e-jωt,得到能同时增强多个时频分量的时频表示,利用正切函数约束调频率选取范围;

步骤3、在每个时刻计算不同角度对应时频图的峭度值,利用峭度最大准则自适应选择合适的参数,选出对应最大峭度的时频分布用于最后的时频表示;

步骤4、对经步骤3得到的时频图利用局部峰值搜索算法搜寻旋转机械的特征时频脊线;根据检测的时频脊线诊断旋转机械故障类型;

所述步骤1具体包括:

步骤1.1、分析考虑调频率的时频表示表达式S(t,ω,c(t));

先定义一个信号s(t),时频表示写为:

其中,s(u)代表分析信号,g(u)代表窗函数,ω代表信号在时刻t的频率,c(t)表示所选的调频率;当c(t)=0,时频表示表达式为标准的STFT表达式,此时,考虑LCT的调频率的时频表示幅值存在以下关系:

能够从式(2)中发现,当所设定的调频率c(τ)与瞬时频率的斜率f’(τ)相等时,时频表示中在该时刻有最高的能量集中水平;

步骤1.2、计算瞬时频率

考虑调频率影响,瞬时频率写成:

其中,时频表示对时间t的偏导能够被计算为:

式(4)中,c’(t)=0,因为c(t)在时刻t处是一个常数,Sg′(t,ω,c(t))能够被看成是用窗函数g’(t)得到的时频表示;接着,将式(4)代入式(3),能够得到信号的瞬时频率,写成:

瞬时频率表明修正后的时频分布在时刻t为中心的时间窗内是沿着调频率方向的,即当调频率与真实的瞬时频率变化一致时,得到的时频图能够获得最大的时频聚集性。

2.根据权利要求1所述的匹配增强时频表示的旋转机械故障诊断方法,其特征在于,所述步骤2具体包括:

步骤2.1、扩展现有的线性变换基函数e-jωt

在一小段时间窗内,原来非线性的频率能够近似看成是一条直线,经泰勒多项式展开,写成:

式中f′(τ)代表瞬时频率在时刻τ的一阶导,也就是调频率;该直线能够进一步改写成:

为了使所提的MLCT能同时处理多分量信号,原先时频表示式(1)中的变换基函数(e-jω(t-τ))被进一步扩展,写成:

步骤2.2、定义正切函数来约束调频率选择范围(-π/2,π/2);

为了确定调频率能够选择的范围并包含合适的调频率,引入正切函数对调频率加以约束,因为正切函数反映了时频脊线的倾斜角度,也能够以反应曲线的变化趋势,而且正切函数本身就有一个确定的范围(-π/2,π/2),反映时频脊线的倾斜角α(t)在τ时刻的值能够写成:

步骤2.3、考虑应能同时处理多分量,得到改写后的时频表达式S(t,ω,α(t)),其中α(t)表示时频脊线的倾斜角;

改进后的时频表达式最终能够被写成:

其中,x(t)代表分析信号,w(t)代表窗函数,ω代表信号在时刻τ的频率,α(τ)表示离散化的角度,而X(τ,ω,α(τ))代表的就是在时刻τ,由角度α(τ)获得的时频表示。

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