[发明专利]匹配增强时频表示的旋转机械故障诊断方法

说明书

本发明提供了一种匹配增强时频表示的旋转机械故障诊断方法，属于变转速旋转机械故障诊断技术领域，该方法包括：引入调频率来匹配频率变化的信号的时频特征，利用正切函数约束调频率选取范围；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；计算对应不同时频图的峭度值，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；对经上一步得到的时频图上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。本发明通过匹配信号中频率的变化特征来增强时频表示，可以得到更加精确的时频脊线估计，并最终完成旋转机械的故障诊断。

技术领域

本发明属于变转速旋转机械故障诊断技术领域，具体涉及一种匹配增强时频表示的旋转机械故障诊断方法。

背景技术

对旋转机械振动信号进行时频分析可有效地揭示信号的时频特征，特别是在变速变载荷等工况下。振动信号时频分析通过提升时频表示的可读性以便于更准确地提取所需要的故障相关特征，并用于系统中相应零部件健康状态的诊断。线性调频变换对时频图的改进在于调整线性变换的基函数的角度来更好匹配频率变化的趋势，从而提升时频图的能量聚集性。但是，单个线性调频变换只能增强特定时刻的时频表示，无法同时增强整个时刻。于刚等人提出广义线性调频变换(GLCT)，通过在每个时频点处叠加最大的时频图幅值从而得到最终结果。虽然GLCT方法在时频脊线能得到更佳的能量聚集性，但由于同时保留了所有调频率解调变换的结果，不可避免地会使时频图遭受由不恰当的调频率而引起的交叉项干扰，特别是在频率分量靠得很近和所分析的信号包含较大的噪声时。

因此，针对上述技术问题，本申请提供一种匹配增强时频表示的旋转机械故障诊断方法。

发明内容

考虑到变转速旋转机械振动信号的故障诊断方法存在一些不足，解决要在提升时频表示的同时缓解时频图中的交叉项干扰的问题，为进一步增强所得时频表示，本发明将建立基于匹配线性调频变换增强时频表示以实现提供更加细节和准确的瞬时频率估计和最终故障诊断。本发明提出的方法首先将原始信号分割成若干段，然后可将截断信号的频率轨迹看成是线性的。考虑到时频图中的交叉项是由不适当的调频率引起的，提出在每个时间窗内由峭度指导的正确调频率选择策略，避免人为干预和对先验知识的依赖。扩展现有的线性变换基函数使所提方法不需要迭代能同时增强多分量信号的时频表示。然后通过局部峰值搜索算法对时频图进行分析可准确提取瞬时频率脊线，从而做出诊断结果。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

匹配增强时频表示的旋转机械故障诊断方法，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。

优选地，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短时傅里叶(STFT) 表达式，此时，考虑线性调频变换(LCT)的调频率的时频表示幅值存在以下关系：