[发明专利]基于旋转机械振动信号谐波基频的故障诊断方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于旋转机械振动信号谐波基频的故障诊断方法及系统，属于故障诊断分析领域。方法包括：获取旋转机械振动信号并计算所述旋转机械振动信号的原始频谱；计算所述原始频谱在各个频率下的噪声水平作为噪声频谱；根据所述原始频谱和所述噪声频谱计算归一化谐波乘积谱；提取所述归一化谐波乘积谱中最大幅值对应的频率作为谐波基频基准值；基于所述谐波基频基准值获取实际的谐波基础频率；根据所述谐波基础频率进行旋转机械设备的故障诊断，得到故障诊断结果。采用本发明方法能够准确识别旋转机械振动信号谐波基频，从而实现旋转机械设备的精准故障诊断。

技术领域

本发明涉及故障诊断分析技术领域，特别是涉及一种基于旋转机械振动信号谐波基频的故障诊断方法及系统。

背景技术

在进行旋转机械设备状态监测时，采集振动信号后（通常为：加速度信号、速度信号和位移信号）需要分析设备故障特征频率，而大部分故障信号在频谱中都表现为大量丰富的谐波现象，这些谐波的基础频率可能为设备旋转工作频率，设备轴承部件的内圈、外圈、滚动体、保持架故障特征频率，齿轮箱的啮合频率，或者是和电气故障相关的工频特征频率。通过检测识别振动信号的谐波基础频率，辨别谐波基础频率的类别进而确定故障类型是故障诊断中的常规诊断方法。由此可见谐波基础频率识别是故障诊断分析中的基础。

从旋转机械设备的振动信号提取谐波基础频率目前主要有以下几种做法：1)直接识别频谱中最大幅值对应的频率作为基础频率，这种方法计算简单高效，但是往往频谱幅值最大的频率往往并不一定是谐波基础频率，可能为任一高次谐波对应的频率值甚至是其他无关频率，因此这种方法易导致识别错误；2)识别频谱中前几大幅值对应的频率值作为谐波基础频率候选集，通过判断这些频率的倍数关系，确定谐波基础频率；3)通过谐波求和计算各次谐波幅值加权求和，以谐波加权求和的最大值所对应的基础频率作为谐波基频结果，这种方式需设定谐波次数，同时谐波求和的物理含义不明确导致对应的加权求和最大值的基础频率并不一定为实际的基础频率；4)发明专利CN109410980A针对音频谐波信号，使用常Q变换，得到常Q变换谱，并使用求和方法获取基础频率的初始候选集，最后根据最大后验概率准则提取谐波信号基频；5)通过其他信号处理转换，包括自相关法、倒谱法、小波变换法等提取信号的中最大幅值的频率作为基础频率。上述这些方法中本质核心其实都是对谐波频率幅值的判断，进而识别基础频率。但是由于计算的物理意义不明确，以及谐波基础频率确定准则不一致，导致各个方法的识别效果千差万别，并且各个方法并不能直接应用于旋转机械设备的振动信号谐波基础频率提取中。

可见，由于旋转机械振动信号谐波基础频率现有识别准则不一致，识别准确率依赖于各个方法或对信号的先验参数设定，导致了实际在旋转机械振动信号中谐波基础频率识别普遍存在准确率低的问题。

发明内容

为解决或至少缓解上述问题，本发明提出一种基于旋转机械振动信号谐波基频的故障诊断方法及系统，能够准确识别旋转机械振动信号谐波基频，从而实现旋转机械设备的精准故障诊断。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于旋转机械振动信号谐波基频的故障诊断方法，包括：

获取旋转机械振动信号并计算所述旋转机械振动信号的原始频谱；

计算所述原始频谱在各个频率下的噪声水平作为噪声频谱；

根据所述原始频谱和所述噪声频谱计算归一化谐波乘积谱；

提取所述归一化谐波乘积谱中最大幅值对应的频率作为谐波基频基准值；

基于所述谐波基频基准值获取实际的谐波基础频率；

根据所述谐波基础频率进行旋转机械设备的故障诊断，得到故障诊断结果。

可选地，所述获取旋转机械振动信号并计算所述旋转机械振动信号的原始频谱，具体包括：