[发明专利]基于自适应时变梳状滤波的变转速齿轮故障信号提取方法

权利要求书

1.一种基于自适应时变梳状滤波的变转速齿轮故障诊断方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S1：采集变转速下的齿轮振动信号x(t)和转速信号f_r(t)，t＝t₁,t₂,…,t_N，N为信号采样长度；

步骤S2：用自适应时变梳状滤波器对齿轮振动信号进行时变梳状滤波，以获取时变梳状滤波信号，所述时变梳状滤波信号为提纯后的齿轮啮合振动成分及其调制边频成分；

步骤S3：根据转速信号对所述时变梳状滤波信号进行等角度重采样得到角域重采样信号；

步骤S4：对所述角域重采样信号进行频谱分析得到阶次谱，并根据所述阶次谱中啮合阶次周围的调制边频阶次诊断变转速下的齿轮故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述自适应时变梳状滤波器是根据转速信号而设计，所述自适应时变梳状滤波器的冲击响应及其频响函数H(t_i,ω)分别表示如下：

式中，h(t_i,ω)为t_i时刻的冲击响应，H(t_i,ω)为t_i时刻的频响函数，f_g(t_i)表示t_i时刻的啮合频率值；f_r(t_i)表示t_i时刻的转频值；ω_i表示t_i时刻的滤波器半带宽，ω为角频率，K为滤波阶数，t表示时间。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S2中用自适应时变梳状滤波器对齿轮振动信号进行时变梳状滤波，以获取时变梳状滤波信号的过程如下：

S21：初始化滤波时刻t_i＝1；

S22：根据滤波时刻t_i的自适应时变梳状滤波器的频响函数H(t_i,ω)对齿轮振动信号x(t)进行滤波，得到t_i时刻的时变梳状滤波信号点s(t_i)，表示如下：

式中，H[x(t)]表示齿轮振动信号x(t)的频谱信号，IFFT表示FFT逆变换，为y(t)中t＝t_i时刻的数据；

S23：判断是否存在i＜N，若是，则i＝i+1，并返回步骤S22，直至i＝N，再将滤波得到的所有时刻的时变梳状滤波信号点按时间顺序排列，得到时变梳状滤波信号s(t),t＝t₁,t₂,…,t_N。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S3中根据转速信号对所述时变梳状滤波信号进行等角度重采样得到角域重采样信号的过程如下：

S31：采用三次多项式对转速信号f_r(t)进行拟合，确定拟合系数a、b、c、d；

f_r(t)＝at³+bt²+ct+d

S32：基于设定的最大分析阶次D_max计算出等角度重采样的角度间隔Δθ，如下：

S33：利用所述角度间隔Δθ计算出重采样后的数据长度L，如下：

式中，T为时域采样的总时间，存在T＝t_N-t₁；

S34：根据拟合系数a、b、c、d，用如下公式计算出等角度重采样的键相时标T_n：

式中，T₀为时域采样开始时间，即T₀＝t₁；

S35：利用Langrange线性插值公式对时变梳状滤波信号s(t)进行插值，Langrange线性插值公式为：

式中，ω(T_n)为角域重采样信号。