[发明专利]基于级联多稳随机共振和EMD的滚动轴承故障检测方法

权利要求书

1.一种基于级联多稳随机共振和EMD的滚动轴承故障检测方法，其特征在于：该方法基于一种级联多稳随机共振系统，所述级联多稳随机共振系统包括多个多稳随机共振系统，其中，第一级多稳随机共振系统的输出作为第二级多稳随机共振系统的输入，第二级多稳随机共振系统的输出作为第三级多稳随机共振系统的输入，以此类推，最后一级多稳随机共振系统的输出为级联多稳随机共振系统的输出；该方法内容包括以下步骤：

(1)计算待诊断机械设备的故障特征频率，提取待诊断机械设备的振动数据作为级联多稳随机共振系统的输入，级联多稳随机共振系统的输出作为与振动数据相应的振动数据结果；对提取的振动数据结果进行傅里叶变换，得到原始信号的频谱，并确定频谱中所含的频率成分；

(2)对多稳随机共振系统的参数进行最佳选取，将振动信号引入一个级联多稳随机共振系统；所述多稳随机共振系统通过Langevin方程dx/dt＝-dU(x)/dx+s(t)+η(t)进行描述；

式中，U(x)为多稳随机共振系统势能函数，其中a、b、c为参数；s(t)为微弱信号；η(t)是均值为0、方差为1、强度为D的白噪声；调节其参数a、b、c使其与输入振动信号达到最佳匹配并且伴随出现随机共振现象；

(3)对级联多稳随机共振系统的每一级输出信号进行傅里叶变换，取其频谱，观察每一级频谱中是否有故障特征频率成分；为使提取特征信号的过程更加明确，对每一级多稳随机共振系统的输出进行傅里叶变换，观察其频谱中的频率成分；

(4)将级联多稳随机共振系统最后一级的输出作为级联多稳随机共振系统的输出，对系统输出进行经验模式分解，提取各个信号中含有的且与预知的故障特征频率相符频率成分，根据经验模式分解结果判断该滚动轴承是否存在故障以及发生故障的部位。

2.根据权利要求1所述的一种基于级联多稳随机共振和EMD的滚动轴承故障检测方法，其特征在于：在步骤(4)中，所述将级联多稳随机共振系统最后一级的输出作为级联多稳随机共振系统的输出，对系统输出进行经验模式分解，其经验模式分解的过程包括如下步骤：

a、将原始信号分解为有限个本征模函数：

式中，x(t)表示原始信号；c_i表示第i个本征模态函数分量；r_n(t)为提取n个模式分量之后的残余量；

其中每一个基本模式分量代表了原始信号中包含的不同时间尺度的特征信号，也就是一个渐进的单频信号，残余量代表了原始数据中的趋势量信息；

b、将分解出来的本征模函数进行Hilbert变换，得到时-频联合谱图，x(t)的Hilbert变换可以表示为x(t)与1/πt的卷积：

式中，ρ.ν.表示取积分的主值。