[发明专利]一种基于SVD的齿轮箱信号降噪方法

权利要求书

1.一种基于SVD的齿轮箱信号降噪方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据齿轮箱的关键静态参数计算得到各级齿轮转速，根据各级齿轮转速得到齿轮故障的调制频率；

2)将齿轮箱的振动信号转化为相应的Hankel矩阵，利用SVD分解为一系列奇异值分量，利用Hilbert变换得到每个奇异值分量对应的包络信号；

3)计算每个包络信号的自相关信号，对自相关信号去趋势，计算每个自相关信号的对于调制频率对应的谐频能量；

4)设定相应的谐频能量阈值，取奇异值分量中谐频能量超过阈值的分量重构信号，得到去噪后的信号。

2.根据权利要求1所述的基于SVD的齿轮箱信号降噪方法，其特征在于，步骤1)中，所述齿轮箱的关键静态参数为：电机的额定转速、各级齿轮齿数。

3.根据权利要求1所述的基于SVD的齿轮箱信号降噪方法，其特征在于，步骤1)中，

第一级齿轮调制频率：f_mod1＝nomSpeed/60

第二级齿轮调制频率：

第三级齿轮调制频率：

第H级齿轮调制频率：

其中：nomSpeed为电机的额定转速，z1，z2，z3，z4…zH，z(H+1)分别为各级齿轮齿数。

4.根据权利要求1所述的基于SVD的齿轮箱信号降噪方法，其特征在于，步骤2)中，

将齿轮箱的振动信号X＝[x₁,x₂,…,x_N]转换为Hankel矩阵A，即：

其中：m＝N-n+1；

利用SVD分解，将振动信号X分解为一系列奇异值分量SC_s(i),i＝1,2,…,m，其中：m＝N-n+1，m为30～50之间的某个数，N为信号的采样点数，n为Hankel矩阵的列数；具体：

将矩阵A分解为：

其中：U为m阶酉矩阵，V为n阶酉矩阵；σ_i为矩阵A的奇异值，i＝1,2,…,m；

A＝σ₁u₁v₁^τ+σ₂u₂v₂^τ+…+σ_mu_mv_m^τ＝A₁+A₂+…+A_m

其中A_i，i＝1,2,…,m对应于原始的振动信号X中的一个奇异分量SC_s(i)；

振动信号x(t)的Hilbert变换为：

其中：dτ为积分变量。

5.根据权利要求1所述的基于SVD的齿轮箱信号降噪方法，其特征在于，步骤3)中，自相关信号的计算公式为：

其中：N为数据长度，n为时延数；

利用最小二乘法拟合出自相关信号R(sigN)的趋势项T(sigN)，去趋势项后的信号为：

DR(sigN)＝R(sigN)-T(sigN)；

谐频能量计算方法：首先将去趋势项后的自相关信号DR(sigN)通过FFT计算得到其频谱；根据输入需计算的频率f及需计算的谐频数量k，在频谱中找到调制频率f的1至k倍谐频幅值幅值序列fAmp＝[fAmp(1),fAmp(2),…,fAmp(k)]，计算得频率f的谐频能量EnergSc(i),i＝1,2,3,…,m，对应第i个奇异值分量的谐频能量：

6.根据权利要求1所述的基于SVD的齿轮箱信号降噪方法，其特征在于，步骤4)中，取调制频率谐频能量大于所述设定的谐频能量阈值的奇异值分量：

gtSC_S(i)＝[EnergSc(i)；s.t.EnergSc(i)≥Threshold]，并计算各奇异值分量对应的权重w(i)：

利用大于阈值的奇异值分量加权重构信号，得到降噪后的信号ReX：

7.根据权利要求1所述的基于SVD的齿轮箱信号降噪方法，其特征在于，步骤2)中，将多个所述振动传感器分别安装在齿轮箱各轴的轴承位置，采集齿轮箱的振动信号，基于所述采集的齿轮箱振动信号进行齿轮箱信号降噪。