[发明专利]一种基于二阶参数匹配随机共振的电机滚动轴承故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种利用二阶参数匹配的随机共振对电机滚动轴承故障进行诊断的方法。将电机滚动轴承振动信号的故障特征提取转化为随机共振问题，以电机滚动轴承的振动信号作为输入，采用二阶参数匹配的随机共振方法放大振动信号中微弱的故障特征信号，得到对应的输出信号，再对输出信号进行时域和频域分析，完成提取特征，以此判断电机滚动轴承是否存在故障以及故障类型。

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机故障诊断技术、随机共振技术、总体属于故障诊断领域。

背景技术

电机故障诊断技术一直是国内外研究机械故障中的重点方向之一，基于振动信号、电流信号、声学信号、光谱信号、温度等不同物理参数的诊断技术不断地发展。开关磁阻电机运行时，会受到轴承和其他零部件振动影响和外界噪声的影响，传感器采集到的包含故障信号的振动信号信噪比会变得很低，对电流信号分析也会发现并非标准正弦信号，存在谐波信号的干扰，从包含大量噪声的原始开关磁阻电机信号中提取出故障特征并进行分析其时频特性是开关磁阻电机故障诊断技术的关键所在。

开关磁阻电机虽然具有系统可靠性高，启动转矩大，启动电流低等优点，但是也有噪声振动比其他电机大的缺点。在运行的过程中，也会由于线圈老化，器件损耗等原因发生故障，所以能够准确分析提取出振动信号特征、检测出有无故障和故障的种类，对于防止因开关磁阻电机故障而造成的损失，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二阶参数匹配的随机共振开关磁阻电机故障诊断方法，能够快速准确地分析开关磁阻电机振动信号，对信号进行处理提取出故障特征，实现诊断出有无故障和故障种类。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种二阶参数匹配的随机共振(SMSR)开关磁阻电机故障诊断方法，步骤如下：

步骤一：用振动传感器采集电机滚动轴承的振动信号；

步骤二：采用二阶Duffing-Holmes方程构建二阶参数匹配的随机共振系统模型；

步骤三：将电机滚动轴承振动信号作为输入x，代入二阶参数匹配的随机共振模型，计算随机共振系统势阱函数的参数a和b；

步骤四：初始化阻尼因子γ，并确定γ的范围，同时设置γ的阈值范围[γ_start,γ_end]；

步骤五：计算随机共振系统输出信噪比与输入信噪比之间的比值SNRI；

步骤六：计算SNRI对应的γ值，如果γ没有超过预先设定的阈值范围，则按步长增大势阱函数参数a和b，然后返回步骤五；如果γ超过阈值，则将此γ作为最大的阻尼因子γ_max，再根据γ_max和势阱函数参数a和b的关系，反推出对应的势阱函数参数a和b，并将此参数作为最优的势阱函数参数a_opt和b_opt，对应的模型为最优的随机共振模型，然后进入步骤七；

步骤七：以采集的原振动信号为输入，改进四阶龙格库塔法计算得到经过最优随机共振系统后的输出信号；

步骤八，对输出信号进行时域和频域分析，提取故障特征，以此判断有无故障和故障种类。

附图说明

图1是SMSR算法流程图，实现随机共振参数γ确认和故障信号的提取。

图2是开关磁阻电机故障诊断的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式，以二阶参数匹配随机共振算法为例，详细描述本发明的技术方案。

如图1所示，具体步骤：

步骤一：用振动传感器采集电机滚动轴承的振动信号；