基于TEO解调和随机共振的行星齿轮箱早期故障诊断方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108444698A(43)申请公布日2018.08.24(21)申请号201810619712.X(22)申请日2018.06.15(71)申请人福州大学地址350108福建省福州市闽侯县福州地区大学新区学园路2号(72)发明人张俊钟敏张建群李习科詹鹏飞(74)专利代理机构福州元创专利商标代理有限公司35100代理人蔡学俊(51)Int.Cl.G01M13/02(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图3页(54)发明名称基于TEO解调和随机共振的行星齿轮箱早期故障诊断方法(57)摘要本发明涉及一种基于TEO解调和随机共振的行星齿轮箱早期故障诊断方法。首先，对行星齿轮箱振动信号进行经验模式分解并选取包含故障信息的分量信号，使用TEO解调运算获得分量信号的解调信号；其次，为满足随机共振系统的小参数条件，将解调信号做适当压缩处理并进行频率二次采样；再次，以定义的随机共振系统的输出信噪比为适应度函数，采用粒子群算法优化随机共振系统的结构参数，进而重构随机共振系统。最后，将信号重新输入参数优化后的随机共振系统实现故障特征的增强提取。本发明提出的EMD+TEO的信号预处理方法降低了故障提取难度，且引入PSO算法自适应的实现了参数调节驱动下的随机共振，高效提取微弱的行星齿轮箱早期故障。CN108444698ACN108444698A权利要求书1/3页1.一种基于TEO解调和随机共振的行星齿轮箱早期故障诊断方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1:利用加速度传感器对行星齿轮箱箱体进行接触式测量，获取行星齿轮箱箱体振动加速度信号；步骤S2：对振动加速度信号进行经验模式分解,并选取包含故障信息的IMF分量信号；步骤S3：采用TEO解调运算处理包含故障信息的IMF分量信号，获得包含故障信息的IMF分量信号的TEO解调信号；步骤S4：对TEO解调信号做压缩处理并进行频率二次采样,得到处理后的TEO解调信号；步骤S5：采用粒子群算法优化随机共振系统的结构参数，进而重构随机共振系统，得到优化后的随机共振系统；步骤S6：将处理后的TEO解调信号输入优化后的随机共振系统，进行数值求解，得到输出信号；步骤S7：对随机共振输出信号做傅里叶变换得到其频谱图，通过观察随机共振系统输出信号频谱，并与行星齿轮传动系统中的理论故障频率进行对比，从而判定得出诊断结果。2.根据权利要求1所述的基于TEO解调和随机共振的行星齿轮箱早期故障诊断方法，其特征在于：所述行星齿轮箱箱体振动加速度信号，具体为行星齿轮箱箱体在传动轴直径方向的振动加速度信号。3.根据权利要求1所述的基于TEO解调和随机共振的行星齿轮箱早期故障诊断方法，其特征在于：所诉步骤S2具体为：步骤S21:采用经验模式分解对振动加速度信号处理，通过重复三次样条包络和信号减法过程，从高频到低频分解出IMF分量信号；步骤S22:对IMF分量进行TEO频率解调，选取瞬时频率围绕啮合频率附近波动的IMF信号，作为包含故障信息的IMF分量信号。4.根据权利要求1所述的基于TEO解调和随机共振的行星齿轮箱早期故障诊断方法，其特征在于：所述TEO解调算法具体为：定义信号x(t)的Teager能量算子ψ为：对一般形式的调幅—调频信号：式中：a(t)为调制幅值；为调制相位。由信号x(t)及信号微分x'(t)的能量算子的非线性组合实现信号解调公式为：。2CN108444698A权利要求书2/3页5.根据权利要求1所述的基于TEO解调和随机共振的行星齿轮箱早期故障诊断方法，其特征在于：所述步骤S4具体为：步骤S41:将TEO解调信号按噪声处理，得到噪声方差估计值步骤S42:对TEO解调信号进行q倍压缩，使得压缩后的噪声方差满足随机共振的小参数要求,得到压缩后的TEO解调信号；步骤S43:设定信号采样频率为fsp，特征信号的频率为fs，频率变换比为R，得到二次采样的频率fcr＝fsp/R；步骤S44:将h＝1/fcr作为数值计算步长，将压缩后的TEO解调信号输入双稳随机共振系统，进行数值迭代获得系统输出。6.根据权利要求1所述的基于TEO解调和随机共振的行星齿轮箱早期故障诊断方法，其特征在于：所述粒子群算法更新公式如下：式中：d为搜索维数；和分别为粒子i在第k次迭代中第d维的速度和位置；c1,c2为学习因子；为[0,1]之间的均匀随机数；为第k次迭代，粒子i第d维最优位置；为第k次迭代，粒子中第d维最优位置。7.根据权利要求1所述的基于TEO解调和随机共振的行星齿轮箱早期故障诊断方法，其特征在于：所述随机共振系统具体为：式中：U(x)为对称双稳态势函数，其中a和b为随机共振系统结构参数；s(t)为多频周期信号，其中Ai和fi分别为第i个周期分量信号的幅值和频