[发明专利]基于相对谐阶次的机电故障诊断方法、系统及建模方法

说明书

本发明公开了一种基于相对谐阶次的机电故障诊断方法，获取机械结构工作时的振动信号，得到其振动时域数据；获取振动数据的阶次谱；根据机械结构的NVH特性，统计其中的谐阶次并对其幅值进行求和；将谐阶次幅值求和的值与无故障机械结构的相应值进行比较得到差值；将该差值按照时间顺序绘制曲线，实现对机械结构故障的监测诊断。并基于此，提出一种诊断检测系统和机电系统的建模方法，可实现对齿轮箱齿轮运行状态的有效监测，确保齿轮箱健康运行。便于建立通用化的参数化模型，通过修改参数化模型的具体参数，可实例化成为某型具体的机电系统通用模型，提高了机电故障监控、诊断的效率与准确性。

技术领域

本发明涉及机电传动系统故障诊断技术领域，具体涉及一种基于相对谐阶次的机电故障诊断方法、系统及建模方法。

背景技术

在齿轮、叶轮等故障诊断中，故障信号对某一特征信号的调制作用，在其阶次谱图上产生谐阶次，这些谐阶次是以齿轮的啮合阶次为中心，以轴的旋转阶次为间隔的谐阶次，同时，使用阶次分析解决实际问题时还以细化阶次谱分析作为基础，保证分析的精确性。最后利用阶次谱细化图的谐阶次对机械设备中齿轮故障进行分析和诊断，判断故障的所在位置和原因。

现有技术的谐阶次分析方法，数据处理较为复杂，主要是对可能的故障点进行单独定点检测，对机械结构中的各部件的振动传递带来的信号干扰没有足够的重视和合理的分析方法，难以建立具有通用性的标准参数化模型，使机械结构故障诊断的精确性难以保证。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种数据采集方便，谐阶次分析简便，故障诊断精确性高的故障诊断方法，并基于此提供一种充分考虑机电系统的振动信号的传递耦合作用，便于建立通用的参数化模型，更加便于定位故障点的建模方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种基于相对谐阶次的机电故障诊断方法，包括以下步骤，

1)获取机械结构工作时的振动信号，并对该振动信号进行预处理，得到其振动时域数据；

2)截取机械结构工作时的稳态振动时域数据中的一段，经计算获取振动数据的阶次谱；

3)根据机械结构的NVH特性，截取出具有谐阶次的阶次谱段；

4)对该阶次谱段进行特征趋势统计，统计其中的谐阶次并对其幅值进行求和；

5)将谐阶次幅值求和的值与无故障机械结构的相应值进行比较，得到一差值；

6)将该差值按照时间顺序绘制曲线，通过曲线的实时变化，实现对机械结构故障的监测诊断。

进一步的，步骤2中振动数据的阶次谱是通过对截取的振动时域数据采用等角度采样方法并经快速傅里叶变换得到的阶次谱；

进一步的，步骤3中具有谐阶次带的阶次谱段是根据有故障的相同类型的机械结构产生的阶次谱图经分析对比获取的。

进一步的，步骤4中，根据截取的阶次谱段数据，滤掉多余的阶次谱段数据，并根据机械结构的特点计算谐阶次间隔，提取得到谐阶次数据，将谐阶次的幅值求和，得到一个谐阶次值：

其中H为谐阶次值，h为单个谐阶次的幅值，N为谐阶次个数。

进一步的，步骤5中，计算无故障机械结构工作时的谐阶次值的范围，该范围的极限值设为设定值，所述谐阶次值与设定值相减即为所述差值。

所述机械结构包括齿轮箱或离心泵叶轮或其他旋转结构。

基于此，一种基于相对谐阶次的机电系统参数化建模方法，包括以下步骤：

1)分析机电系统的物理结构；