[发明专利]一种滚动轴承性能测试台和异常测试样本的识别与修正方法

权利要求书

1.采用滚动轴承性能测试台进行异常样本的识别与修正方法，所述滚动轴承性能测试台包括空间环境罩、温湿度控制器、轴承安装台架X轴、轴承安装台架Y轴、X轴磁粉加载机构、Y轴磁粉加载机构、X轴驱动电机、Y轴驱动电机、振动加速度传感器、双积分信号调理器、数据采集卡NI9234、计算机和PLC控制器；

所述X轴驱动电机信号控制端连接PLC控制器X轴驱动电机信号发送端，Y轴驱动电机信号控制端连接PLC控制器Y轴驱动电机信号发送端；X轴磁粉加载机构信号控制端连接PLC控制器X轴磁粉加载机构信号发送端，Y轴磁粉加载机构信号控制端连接PLC控制器Y轴磁粉加载机构信号发送端；

所述空间环境罩用于隔离外界环境干扰，温湿度控制器模拟轴承运行时的各类环境，温湿度控制器的各类环境信号控制端连接PLC控制器各类环境信号发送端；双积分信号调理器信号输入端连接振动加速度传感器的信号输出端，双积分信号调理器信号输出端连接数据采集卡NI9234的信号输入端，数据采集卡NI9234的信号输出端连接计算机的信号输入端，计算机通过信号采集软件将采集的振动数字信号显示并记录；

其特征在于，对滚动轴承性能测试台所采集的振动信号进行异常样本的识别与修正方法：

针对滚动轴承全寿命周期全部采样点的性能数据进行检验，根据各个样本点间性能数据计算其相对于其它邻近样本的变化率和偏移率，与预先设定的阈值进行比较，如果变化率或者偏移率大于预先设定的阈值，则判定该轴承对应的此个样本数据异常，需要采用后续手段对其进行修正，修正之后的数据能够直接用于实现对滚动轴承服役性能进行评估和预测；

具体包括如下步骤：

步骤1，异常监测样本的识别：

步骤1-1，针对滚动轴承全寿命周期全部采样点的性能数据进行检验，根据各个样本点间性能数据的变化率来对异常数据进行识别，依据下式求出第i个样本点的数据变化率；

Δl_i＝(l_i-l_i-1)/l_i

式中：l_i和l_i-1分别是滚动轴承在第i和i-1个样本点的性能数据的统计量，Δl_i是滚动轴承第i个样本点相对于第i-1个样本点的数据变化率；

步骤1-2，根据下式算出前n个样本的平均数据变化；

式中：Δl_i,av为样本点i的前n个样本的平均数据变化；j代表实验台架上的轴承编号，n代表实验台架上的轴承总数目，Δl_ij代表实验台架上第j个轴承的第i个样本的数据变化率；

步骤1-3，如果|Δl_i|≥kΔl_i,av，则视为异常监测数据；k为样本数据的突变系数，根据实际的载荷工况特性自设定，均匀载荷时的突变系数k小于变载荷工况；

步骤1-4，选取同一个实验台架上n个轴承的全寿命周期性能测试数据作为样本，将n个轴承的全寿命周期性能测试数据看为横向量为m，纵向量为n的数组，m为轴承全寿命周期性能测试数据的样本数，根据下面式子求出各个样本点的期望均值；

式中：E(j)代表实验台架上n个轴承的第j个样本的期望均值，x(i,j)代表第i个轴承的第j个样本的统计量；

步骤1-5，根据下面式子求出各个样本点的方差：

式中：σ(i,j)为第i个轴承的第j个样本的方差；

步骤1-6，根据下面式子计算各个样本点的偏移率：

式中：ρ(i,j)为第i个轴承的第j个样本的偏移率；

步骤1-7，针对每个轴承全寿命周期上各个性能测试样本分别计算出他们的偏移率，与预先设定的阈值λ进行比较，如果偏移率大于阈值λ，则判定该轴承对应的此个样本数据异常；

轴承试验台架上的所有轴承在全寿命周期上测试所得的所有服役性能样本，均需要经过上步骤1-3～步骤1-7来检验，任意一个逻辑算法检定为异常样本数据，即可判定该样本为异常样本数据，需要采用后续手段对其进行修正或校正；

步骤二，异常监测样本的修正：

步骤2-1，滚动轴承的性能测试数据在时间序列范围内有n个原始样本数据，记为φ_n，这n个原始样本数据中，#1轴承的振动数据为a₁,a₂,…,a_n；#2轴承的振动数据为b₁,b₂,…,b_n；#n轴承的振动数据为c₁,c₂,…,c_n，从φ_n中取最近的个序列数据，即：

步骤2-2，单个轴承的异常样本数据修正，充分利用异常样本数据点周围数据，采用数据权值修正法对插值数据进行修正，设x(t₁),x(t₂),…,x(t_n)为单个滚动轴承在不同时刻点t_i的性能测试值，取异常样本点x(t_i)两端t_i-1和t_i+1时刻的n个测试样本数据作为该异常样本点数据x(t_i)的基础修正数据，则异常样本数据x(t_i)在基础测试数据x(t_i+1)和x(t_i-1)下的修正公式如下：

式中：x′(t_i)为异常样本x(t_i)在第1次修正之后的结果，x(t_i-1,j)和x(t_i+1,j)分别为第j个轴承在第i-1和第i+1个时刻点样本统计量数值；

步骤2-3，同一试验台架上多个轴承样本数据的联合修正，设同一试验台架上第j个轴承在t_i时刻的样本数据分别为x(t_i,j)，x(t_i)为待修正的异常样本数据；该试验台架上同时测得了n个轴承的实验样本数据，对φ_n中的样本数据，基于同一试验台架上多个轴承的其他样本数据进行联合修正，得到φ′_n，并使得φ′_n中的历史数据与当前数据相一致：

式中：x″(t_i)为异常样本x(t_i)在第2次修正之后的结果，x(t_i,j)为第j个轴承在第i个时刻点样本统计量数值；

步骤2-4，综合步骤2-2和步骤2-3得到滚动轴承异常数据样本的最终修正结果为：

采用相同的步骤可以实施对实验台架上其他轴承在t_i时刻的异常样本数据b(t_i)，c(t_i)进行修正，由此即可完成对轴承性能测试中所有异常监测样本的修正。