1.一种基于自适应频谱分割去噪的电机故障识别方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)在电机空载稳定运行下,采集电机正常状态和故障状态下的振动信号和定子电流信号;
(2)对原始电机信号进行傅里叶变换获得信号频谱X(f),根据频谱和采样信息确定自适应分割系数fg,将频谱划分为若干份,使得每份包含fg个分割点,并根据每份频谱的极值确定谱划分的分界线,建立相应的滤波器组;
其中自适应分割系数fg的计算公式如下:
fd=yin*gz
其中,yin为2、2.2、2.4、2.6、2.8范围内自适应变化的数,fd是分段频率,gz为预定电机故障频率,n为采样点数,fs为采样频率;
根据每份频谱的极值确定谱划分的分界线包括:
对划分后的频谱,求取每份的极大值MAXi,i=1,2,…,m,m为频谱份数,将极大值点按幅值大小依次排序,寻找相邻极大值点中的极小值MINj,并设定阈值yz,按照以下公式完成极小值的调整:最后以此MINj作为谱划分的分界线;
(3)定义尺度函数和经验小波函数,利用经验小波对各区间频谱信号进行分解;
(4)对于分解后的信号,基于给定基线计算基线通过率及相关系数,去除低频信号及相关性不足的高频,并采用半软阈值函数进行去噪,对去噪后信号进行重构;
(5)对重构信号进行白化预处理后送入稀疏自编码器进行降维,建立降维后的特征与电机故障之间的映射关系;
(6)基于映射关系识别电机实时工作过程中的故障。
2.根据权利要求1所述的基于自适应频谱分割去噪的电机故障识别方法,其特征在于,所述步骤(1)中,利用加速度传感器选择3个点检测电动机的振动信号,分别为电动机轴方向、垂直方向、水平方向,利用钳形电流互感器扣住三相异步电动机的三相电源中的一相,测量流过电动机的该相定子电流;分别对电机正常状态、转子导条断裂故障、转子偏心故障状态数据进行采集存储,建立故障诊断数据库。
3.根据权利要求1所述的基于自适应频谱分割去噪的电机故障识别方法,其特征在于,所述步骤(3)中,定义尺度函数和经验小波函数包括:使用带通滤波器设定尺度函数 和经验小波函数
其中,n为频谱区间编号, 为第n个频谱区间的频率,Tn为过渡相,函数β(x)定义如下:
4 4 3
β(x)=x(35‑85x+α1x‑α2x),其中α1∈[65,75],α2∈[15,25];
根据与 的比例关系来选择Tn,有 0<γ<1,对于任意 尺度函数和经验小波函数 简化为:
参数γ用以保证两个连续过渡区域间没有重叠,参数γ符合下式:
4.根据权利要求1所述的基于自适应频谱分割去噪的电机故障识别方法,其特征在于,所述步骤(4)中,基线通过率根据以下公式计算:其中,EMFn是第n个经验模态函数,N是经验模态函数的长度,Jx为给定基线,sgn为符号函数,
5.根据权利要求1所述的基于自适应频谱分割去噪的电机故障识别方法,其特征在于,所述步骤(4)中,相关系数根据以下公式计算:其中,x(t)为包括噪声的原始信号,M是原始信号的采样点数, 分别是原始信号和经验模态函数的平均值。
6.根据权利要求1所述的基于自适应频谱分割去噪的电机故障识别方法,其特征在于,所述步骤(4)中,半软阈值函数如下:其中,λ为阈值,β为调节参数, 为经验小波分解系数,sgn为符号函数,
7.根据权利要求1所述的基于自适应频谱分割去噪的电机故障识别方法,其特征在于,所述步骤(5)中,使用稀疏自编码器时,对稀疏自编码器优化目标函数增加惩罚条件用于惩罚 显著偏离ρ的程度,定义如下:其中,r是隐藏层神经元个数,r1,r2是随机变量,j为第j个隐层单元序号, 表示稀疏正则化项,ρ是稀疏参数, 是第j个隐层单元的平均激活函数值。
8.基于自适应频谱分割去噪的电机故障识别系统,其特征在于,包括:信号采集系统,包括加速度传感器和钳形电流互感器,分别采集电机正常状态和故障状态下的振动信号和定子电流信号;以及信号处理设备,包括处理器、存储器以及计算机程序,其中计算机程序被存储在所述存储器中,并且被配置为由所述处理器执行,所述程序被处理器执行时实现如下步骤:对原始电机信号进行傅里叶变换获得信号频谱X(f),根据频谱和采样信息确定自适应分割系数fg,将频谱划分为若干份,使得每份包含fg个分割点,并根据每份频谱的极值确定谱划分的分界线,建立相应的滤波器组;其中自适应分割系数fg的计算公式如下:fd=yin*gz
其中,yin为2、2.2、2.4、2.6、2.8范围内自适应变化的数,fd是分段频率,gz为预定电机故障频率,n为采样点数,fs为采样频率;
根据每份频谱的极值确定谱划分的分界线包括:
对划分后的频谱,求取每份的极大值MAXi,i=1,2,…,m,m为频谱份数,将极大值点按幅值大小依次排序,寻找相邻极大值点中的极小值MINj,并设定阈值yz,按照以下公式完成极小值的调整:最后以此MINj作为谱划分的分界线;
定义尺度函数和经验小波函数,利用经验小波对各区间频谱信号进行分解;
对于分解后的信号,基于给定基线计算基线通过率及相关系数,去除低频信号及相关性不足的高频,并采用半软阈值函数进行去噪,对去噪后信号进行重构;
对重构信号进行白化预处理后送入稀疏自编码器进行降维,建立降维后的特征与电机故障之间的映射关系;
基于映射关系识别电机实时工作过程中的故障。