[发明专利]一种齿轮局部式故障等效激励力的识别方法

权利要求书

1.一种齿轮局部式故障等效激励力的识别方法，包括如下步骤：

S100：建立基于齿轮动态传递误差的正常齿轮传动动力学模型与故障齿轮传动动力学模型；

S200：根据所述正常齿轮传动动力学模型与故障齿轮传动动力学模型构造基于故障齿轮相对于正常齿轮的残余传递误差的齿轮故障等效激励动力学模型，并根据所述齿轮故障等效激励动力学模型构建动载荷识别控制模型；

S300：离散所述动载荷识别控制模型，获得离散动载荷识别控制模型，并基于所述离散动载荷识别控制模型建立基于L1范数的稀疏解卷积凸优化模型；

S400：测量正常齿轮与故障齿轮的输入和输出转角信号，分别得到正常齿轮传动的动态传递误差和故障齿轮传动的动态传递误差，计算故障齿轮传动的动态传递误差与正常齿轮传动的动态传递误差之间的差值，获得故障齿轮相对于正常齿轮的残余传递误差；

S500：根据所述故障齿轮相对于正常齿轮的残余传递误差求解所述基于L1范数的稀疏解卷积凸优化模型，识别齿轮故障等效激励力，并通过对比所识别的齿轮故障等效激励力与齿轮故障产生的真实等效激励力，建立激励力误差最小化函数，实现齿轮故障的定量诊断。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，优选的，所述正常齿轮传动动力学模型表示为：

所述故障齿轮传动动力学模型表示为：

且

其中，X_DTE、分别表示正常齿轮传动与故障齿轮传动的动态传递误差，分别表示正常齿轮传动与故障齿轮传动动态传递误差的速度，分别表示正常齿轮传动与故障齿轮传动动态传递误差的加速度，I₁、I₂分别表示主动轮和从动轮的转动惯量，R₁、R₂表示主动轮和从动轮的基圆半径，M表示齿轮等效质量，T₁、T₂分别表示主动轮输入扭矩和从动轮输出扭矩，F表示主动轮输入和从动轮输出扭矩的等效负载，c表示齿轮啮合阻尼，k(t)表示正常齿轮时变啮合刚度，k_f表示故障引起的齿轮时变啮合刚度的变化，k₀表示齿轮平均啮合刚度，e(t)、分别表示齿轮静态传递误差的位移和速度，b表示齿侧间隙，f(X_DTE)、分别表示正常齿轮传动和故障齿轮传动的齿侧间隙分段函数。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述齿轮故障等效激励动力学模型表示为：

其中，X_RTE、分别表示故障齿轮相对于正常齿轮的残余传递误差的位移、速度和加速度，ΔF(β，t)表示齿轮故障等效激励力，β表示齿轮故障严重程度，t表示时间。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述动载荷识别控制模型表示为：

且

其中，y(t)表示残余传递误差X_RTE，h(t)表示齿轮故障等效激励动力学模型的单位脉冲响应函数，k₀表示齿轮平均啮合刚度，m表示齿轮等效质量，ω_n表示系统无阻尼固有频率，表示系统相对阻尼系数，ω_d表示系统有阻尼固有频率，t表示时间，τ表示积分变量，f(t)表示齿轮故障等效激励力ΔF(β，t)。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述离散动载荷识别控制模型表示为：

y＝Hf

所述基于L1范数的稀疏解卷积凸优化模型表示为：

最小化目标函数：

其中，||·||₂表示向量的L2范数，||·||₁表示向量的L1范数，H表示离散得到的传递函数矩阵，f表示待识别的齿轮故障等效激励力向量，y表示残余传递误差向量，λ表示正则化参数。