基于ESMD和能量算子解调的齿轮故障诊断方法.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CN106092564A(43)申请公布日2016.11.09(21)申请号201610398620.4(22)申请日2016.06.06(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人陈中柘朱圆张志威傅思程(74)专利代理机构成都宏顺专利代理事务所(普通合伙)51227代理人周永宏王伟(51)Int.Cl.G01M13/02(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图5页(54)发明名称基于ESMD和能量算子解调的齿轮故障诊断方法(57)摘要本发明公开了一种基于ESMD和能量算子解调的齿轮故障诊断方法，采用极值点对称模态分解方法实现对齿轮故障的振动信号自适应分解，分解结果中的前两个IMF分量包含齿轮故障的丰富信息，克服了包络线过拟合与欠拟合现象，端点效应弱，运行时间少。接着对前两个IMF分量进行能量算子解调获取包络信号，解调效果好且运算量小。最后依次从第一个IMF分量，第二个IMF分量的幅值谱及包络幅值谱中寻找齿轮故障所对应频率，从而实现齿轮故障的诊断。CN106092564ACN106092564A权利要求书1/2页1.基于ESMD和能量算子解调的齿轮故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、利用加速度传感器测量齿轮箱振动，获得齿轮振动的加速度信号；S2、对齿轮振动的加速度信号进行极值点对称模态分解，得到若干个IMF分量和一个残余分量；S3、采用能量算子解调法对前两个IMF分量进行解调，估计这两个IMF分量的包络信号；S4、画出前两个IMF分量的幅值谱图及包络幅值谱图，从中依次寻找齿轮故障的特征频率。2.根据权利要求1所述的基于ESMD和能量算子解调的齿轮故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下分步骤：S21、定义齿轮振动的加速度信号为原始信号x(t)，找到x(t)中所有的局部极值点；S22、将所有局部极值点用线段连接起来，找到所有线段中点，并在左、右边界各添加一点；S23、对所有标号为偶数的中点进行线性插值，得到插值线段La(t)，对La(t)进行平滑处理，得插值曲线la(t)；对所有标号为奇数的中点进行线性插值，得到插值线段Lb(t)，对Lb(t)进行平滑处理，得插值曲线lb(t)；根据插值曲线la(t)和lb(t)求出均值曲线m11(t)；S24、将均值曲线m11(t)从原始信号x(t)中分离出来，得到分离信号h11(t)；S25、判断h11(t)是否为内禀模态函数，若是则进入步骤S26，否则用h11(t)代替x(t)，重复步骤S21-S24，迭代k次，直到h1k(t)为一个内禀模态函数，或者迭代次数k达到预设值，进入步骤S26；S26、定义imf1(t)＝h1k(t)为原始信号x(t)的第一个IMF分量，并将其从x(t)中分离出来，得到剩余分量u1(t)；S27、判断u1(t)是否为单调函数，若是则进入步骤S28，否则用u1(t)代替x(t)，重复步骤S21-S26，循环n次，直到un(t)为一个单调函数，进入步骤S28；S28、将原始信号x(t)分解成n个IMF分量与一个残余分量un(t)之和。3.根据权利要求2所述的基于ESMD和能量算子解调的齿轮故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S23中采用滑动平均的方法对插值线段La(t)和Lb(t)进行平滑处理，滑动平均跨度取3。4.根据权利要求2所述的基于ESMD和能量算子解调的齿轮故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S25中判断h1k(t)是否为一个内禀模态函数的方法如下：定义m(t)为h1k(t)的均值函数，若满足条件-ε≤m(t)≤ε，则认为h1k(t)为一个内禀模态函数，其中ε＝0.001σ0，σ0是函数h1k(t)的标准差。5.根据权利要求2所述的基于ESMD和能量算子解调的齿轮故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：第一个IMF分量imf1(t)的包络信号env1(t)估计为其中Ψ[imf1(t)]为imf1(t)的能量算子，为imf1(t)一阶导数的能量算子；第二个IMF分量imf2(t)的包络信号env2(t)估计为其中Ψ[imf2(t)]为imf2(t)的能量算子，为imf2(t)一阶导数的能量算子。2CN106092564A权利要求书2/2页6.根据权利要求1所述的基于ESMD和能量算子解调的齿轮故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：画出前两个IMF分量的幅值谱图及包络幅值谱图，首先从第一个IMF分量的幅值谱及包络信号的幅值谱中寻找齿轮故障的特征频率，若未寻找到，继续从第二个IMF分量的幅值谱及包络信号的幅值谱中寻找齿轮故障的特征频率，若仍未寻找到，则说明齿轮没有发生故障；根据齿轮故障的特征频率判断故障