[发明专利]第二类三阶张量分解方法、装置及其轴承故障检测系统

说明书

本发明涉及故障诊断信号处理技术领域，尤其涉及一种第二类三阶张量分解方法、装置及其轴承故障检测系统，第二类三阶张量分解方法包括：获取振动加速度信号，根据振动加速度信号构建多通道三阶张量信号X；构建高阶张量第二类乘法以及转置的计算模型；对所述三阶张量信号X进行第二类张量奇异值分解，获取张量U、张量S和张量V；根据高阶张量第二类乘法以及转置的计算模型和张量U、S和V对三阶张量信号X进行重构，获取多个分量信号。本发明的第二类三阶张量分解方法，实现对信号的有效分解和特征提取保证滚动轴承状态信息的完备性，利于信号的分析和诊断，为机电装备监测和剩余寿命预测提供基础支撑。

技术领域

本发明涉及故障诊断信号处理技术领域，尤其涉及一种第二类三阶张量分解方法、装置及其轴承故障检测系统。

背景技术

滚动轴承是旋转设备的核心部件，也是旋转设备机械故障的主要来源，开展滚动轴承故障诊断技术研究对于保障机械设备安全运行和健康维护具有重要的理论研究意义和工程应用价值。

振动分析是用于检测轴承缺陷的一种重要手段。目前，对于轴承故障诊断的研究主要涉及了信号处理与故障特征提取等多方面。

张量，作为向量和矩阵的高阶扩展，并为现有的且具有自然多维结构的真实数据提供了一种有用的表示。向量是一阶张量，矩阵是二阶张量。张量分析可以在保留多个通道信号之间固有关联的情况下对信号进行分解、降噪等处理，因此相比于向量分析和矩阵分析具有独特的优势。尽管张量分解方法在不同的研究领域中都非常受欢迎，但是经典的CP分解、Tucker分解和HOSVD等张量分解方法都是基于n-模式积对矩阵奇异值分解进行的高阶拓展，无法真正实现多阶张量相乘，导致张量分解方法存在一些固有的问题，如CP分解的秩不唯一，Tucker分解的核心张量非伪对角，准确性差，张量分解方法作为滚动轴承健康监测与故障诊断的有利手段，这些固有的问题，对信号分解和特征提取时存在局限性，不能保证滚动轴承状态信息的完备性和准确性，从而导致现有的张量分解不利于信号的分析和设备的故障诊断。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为解决现有张量分解方法中的一些固有的问题，使得奇异值分解时存在局限性，不能保证滚动轴承状态信息的完备性，从而不利于信号的分析和诊断的技术问题。本发明提供一种第二类三阶张量分解方法，实现对信号的有效分解和特征提取，保证滚动轴承状态信息的完备性，利于信号的分析和诊断，为机电装备如滚动轴承状态监测和剩余寿命预测提供基础支撑。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种第二类三阶张量分解方法，包括如下步骤：

步骤S1：获取多通道的振动加速度信号x₁，x₂，…，x_c；

步骤S2：根据所述振动加速度信号x₁，x₂，…，x_c构建多通道三阶张量信号其中，I₁为所述多通道三阶张量的第一阶、I₂为所述多通道三阶张量的第二阶和I₃为所述多通道三阶张量的第三阶；

步骤S3：构建高阶张量第二类乘法以及转置的计算模型，假设m阶张量以及n阶张量根据预设的所述m阶张量A和所述n阶张量B构建第二类乘法计算公式，并获取新张量C，第二类乘法计算公式为：

其中，I_m+1-r＝J_r，r＝1,2,…,s，且所述新张量C为K阶张量s为所述m阶张量A的后s阶的所有维数与所述n阶张量B的前s阶的所有维数对应相等的个数，k表示所述张量C的第几阶维数、I表示所述张量A的第几阶维数和J表示所述张量B的第几阶维数；

获取所述m阶张量转置：