[发明专利]利用粒子滤波与谱峭度的滚动轴承故障诊断方法

摘要

本发明公开了一种利用粒子滤波与谱峭度的滚动轴承故障诊断方法，涉及粒子滤波降噪处理以及谱峭度计算。该方法提出了在快速谱峭度的基础上，利用粒子滤波降噪处理提高信噪比，解决了快速谱峭度在低信噪比情况下可行性差的问题。首先建立振动信号的状态方程；然后提取背景噪声，将其与状态方程之和作为观测方程；最后联立状态方程与观测方程建立状态空间模型；采用粒子滤波算法对信号重新估计，得到新的序列即是降噪之后的信号；最后用快速谱峭度的方法，获取最佳分析频带，得出故障频率。本发明的滚动轴承故障诊断方法，降低故障信号中的噪声干扰，提高信噪比，实现了滚动轴承早期微弱故障的诊断。

主权项

利用粒子滤波与谱峭度的滚动轴承故障诊断方法，其特征在于如下步骤：(一)滤波降噪，过程如下：(1)初始化；由先验概率p(x0)产生粒子群所有粒子权值为1/N；(2)更新；在k时刻，更新粒子权值，wki=wk-1ip(zk|xki)=wk-1ip(zk-h(xki)),i=1,2,···N,]]>并且归一化权值则得k时刻未知参数x最小均方估计为：(3)重采样；得到新的粒子集合(4)预测；利用状态方程f预测未知参数(5)时刻k＝k+1，转到步骤(2)；(二)滤波降噪之后，采用快速谱峭度的算法计算得到峭度图，过程如下：(6)构造一个截止频率fc＝1/8+ε的低通滤波器h(n)，其中fs＝1,ε＞0；低通滤波器的截止频率增大ε是为了消除过度带的影响；基于h(n)构造准解析低通滤波器h0(n)和准解析高通滤波器h1(n)，其分析频带分别为[0,0.25]、[0.25,0.5]，即：h0(n)=h(n)ejπn/4h1(n)=h(n)ejπn/4]]>(7)分别以h0(n)和h1(n)进行低通和高通滤波，对滤波结果做2倍降采样；如此迭代进行，获得滤波器树及相应的滤波结果；其中表示第k层第i个滤波器产生的滤波结果，其中i取值为0到2k‑1；同时也是信号在中心频带fi＝(i+2‑1)2k‑1和带宽(Δf)k＝2k‑1的复包络，2倍降采样是保证滤波器每一层中的数据长度与原始数据相同；(8)对于每一个滤波器结果，按照式f≠0计算峭度：K=E<|cki(n)|4>{E<|cki(n)|2>}2-2]]>(9)将所有的谱峭度汇总，从而得到“快速谱峭度图”；(10)选择角度最大的频带做解调分析，计算功率谱得到频谱图。