[发明专利]基于小波-谱峭度的感应电机轴承故障诊断系统及诊断方法

权利要求书

1.一种基于小波-谱峭度的感应电机轴承故障的诊断方法，其特征在于：基于小波-谱峭度的感应电机轴承故障诊断系统包括小波-谱峭度分析模块，所述小波-谱峭度分析模块包括信号输入单元、参数设置单元、小波或小波包分解单元、谱峭度分析单元、滤波单元、Hilbert包络解调分析单元、显示单元；所述信号输入单元，用于采集待测电机的振动信号；所述参数设置单元，用于对小波或小波包分解单元和/或谱峭度分析单元进行参数设定；所述小波或小波包分解单元，用于对输入的信号进行分解并在显示单元上显示；所述谱峭度分析单元，用于对分解后的信号进行谱峭度分析并在显示单元上显示；所述滤波单元，用于对谱峭度分析后的信号进行滤波；所述Hilbert包络解调分析单元，用于对滤波后的信号进行包络分析得到故障类型和位置；

诊断方法的步骤为：

S1，采集在恒定转速下的电机振动信号；

S2，对采集的电机振动信号进行小波分解或小波包分解，得到一组按照频率由高到低顺序排列的子频带；

S3，计算各个子频带的时域峭度值，并根据峭度最大原则，筛选细节分量；

具体步骤为：S3.1，计算子频带的时域峭度值公式为：

式中，N为采样点数；n为1、2、3.......；x(n)为采样数据；

S3.2，设定筛选阈值，筛选出峭度值大于筛选阈值的细节分量；

S4，对筛选后的细节分量进行谱峭度分析，并构造带通滤波器进行信号预处理得到滤波信号；

具体步骤为：S4.1，计算每根谱线的峭度值，找到信号中的峭度值较大非平稳成分，并计算出非平稳成分所处位置的中心频率和带宽的大小；

S4.2，根据中心频率与带宽的大小，构造带通滤波器进行信号预处理；

S5，对滤波信号进行Hilbert包络解调分析，得到滤波信号的包络解调频谱；

具体步骤为：S5.1，对滤波信号进行卷积处理得到卷积信号，卷积信号作为解析信号的虚部x(t)'；

S5.2，构造解析信号，所述解析信号的实部x(t)为滤波信号，解析信号的虚部x(t)'为卷积信号；

S5.3，对解析信号提取包络信号，公式为：

式中，a(t)为解析信号；t为时间；

S5.4，将解析信号的包络信号进行快速傅里叶变换，得到滤波信号的包络解调频谱；

S6，根据步骤S5，从滤波信号的包络解调频谱中提取出电机轴承故障特征频率，再与理论计算的轴承故障特征频率进行对比分析，确定轴承故障的类型及其故障位置。

2.根据权利要求1所述的基于小波-谱峭度的感应电机轴承故障的诊断方法，其特征在于：基于小波-谱峭度的感应电机轴承故障诊断系统还包括时域参数分析模块、频谱分析模块、Hilbert包络解调分析模块和谱峭度分析模块；

所述时域参数分析模块，用于获得输入的振动信号的时域参数并与设定阈值进行比对，若时域参数值超过设定阈值，则直接给出故障结果，否则选择小波-谱峭度分析模块、频谱分析模块、Hilbert包络解调分析模块和谱峭度分析模块中任一进行故障分析；

所述小波-谱峭度分析模块，用于对耦合信号进行故障识别；

所述频谱分析模块，用于对电机正常或异常振动信号进行补充分析，包括轴承故障特征频率计算单元、FFT频谱单元以及功率谱单元；

所述故障特征频率计算单元，用于根据轴承参数计算出轴承内圈故障、外圈故障、滚动体故障以及保持架四种故障的故障特征频率；

所述FFT频谱单元，用于将感应电机轴承的时域信号转化为频域信号进行分析，实现轴承故障数据的频谱显示；

所述功率谱单元，用于计算并显示电机振动信号中能量的频率分布；

所述Hilbert包络解调分析模块，用于对电机轴承调制信号进行解调分析，通过利用包络检波和对包络谱的分析得到振动信号的包络谱，并根据包络谱来识别故障；

所述谱峭度分析模块，用于对强噪声背景下的轴承故障振动信号进行诊断，通过计算信号谱线峭度值发现冲击频段，并寻找最佳窄带中心频率与带宽，构造带通滤波器进行信号预处理，对滤波后的信号获取包络谱，并在包络谱中提取出故障特征频率，然后与理论计算得到的故障频率进行对比，确定故障类型及故障位置。

3.根据权利要求2所述的基于小波-谱峭度的感应电机轴承故障的诊断方法，其特征在于：所述时域参数包括均值、峰值、有效值、峭度指标、脉冲指标。

4.根据权利要求2或3所述的基于小波-谱峭度的感应电机轴承故障的诊断方法，其特征在于，步骤如下：S1，获取电机的振动信号；

S2，时域参数分析模块对采集的振动信号进行处理，获得振动信号的时域参数并与设定阈值进行比对，若时域参数值超过设定阈值，则直接给出故障结果，否则选择故障分析模块，对于轴承耦合故障信号选择小波-谱峭度分析模块，则进行步骤S3，对于电机正常或异常振动信号轴承调制信号选择频谱分析模块则进行步骤S4，对于轴承调制信号选择Hilbert包络解调分析模块，则进行步骤S5，对于轴承单一振动信号选择谱峭度分析模块，则进行步骤S6；

S3，小波-谱峭度分析模块对接收到的振动信号进行故障诊断；

S4，频谱分析模块对接收到的振动信号进行故障诊断；

故障特征频率计算单元，对接收到的振动信号根据轴承参数计算出轴承内圈故障、外圈故障、滚动体故障以及保持架四种故障的故障特征频率；FFT频谱单元，将接收到的时域振动信号转化为频域信号进行分析，并显示轴承故障数据的频谱，并根据在频谱中提取处的故障特征频率与故障特征频率计算单元得到的不同故障的理论故障特征频率对比分析，确定故障类型和故障位置；功率谱单元，计算并显示接收到的振动信号中能量的频率分布；

S5，Hilbert包络解调分析模块对接收到的振动信号进行故障诊断；

利用包络检波和对包络谱的分析得到接收到的振动信号的包络谱，并根据包络谱来识别故障；

S6，谱峭度分析模块对接收到的振动信号进行故障诊断；

通过计算接收到的振动信号的谱线峭度值发现冲击频段，并寻找最佳窄带中心频率与带宽，构造带通滤波器进行信号预处理，对滤波后的信号获取包络谱，并在包络谱中提取出故障特征频率，然后与理论计算得到的故障频率进行对比，确定故障类型及故障位置。