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专利号: 2023106209838
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于混沌理论的滚动轴承故障特征提取方法,其特征在于,包括如下工艺步骤:首先,采集滚动轴承运行过程中的振动信号,然后对振动信号进行CEEMDAN降噪处理,再进行相空间重构,观察混沌振子的阶跃状态,同时计算最大距离量化混沌振子的周期状态变化,最后通过混沌振子与最大距离判断滚动轴承是否故障。

2.根据权利要求1所述的一种基于混沌理论的滚动轴承故障特征提取方法,其特征在于,所述工艺步骤具体为:S1:采集滚动轴承的振动加速度信号x(t);

S2:对振动加速度信号x(t)进行CEEMDAN降噪处理;

S3:根据CEEMDAN分解的各个IMF分量与待分解信号x(t)的相关系数进行信号重构y(t);

S4:计算重构信号y(t)的延迟时间与嵌入维数;

S5:在确定延迟时间和嵌入维数后对重构后的振动信号y(t)进行相空间重构并计算最大距离dmax,以最大距离dmax作为故障特征对滚动轴承进行故障诊断。

3.根据权利要求2所述的一种基于混沌理论的滚动轴承故障特征提取方法,其特征在于,设Ei(*)为经过EMD分解后得到的第i个本征模态分量, 为经过CEEMDAN分解后得到j的第i个本征模态分量,v 为满足标准正态分布的高斯白噪声信号,j=1,2,…,N.N为加入白噪声的次数,ε为白噪声的标准表,x(t)为待分解的振动加速度信号,所述步骤S2中CEEMDAN降噪处理的分解步骤如下:q j

1)将高斯白噪声加入到待分解信号x(t)中得到新信号x(t)+(‑1)εv (t),其中q=1,

2…,对新信号进行EMD分解,得到第一阶本征模态分量C1,

2)对产生的N个模态分量进行总体平均就得到CEEMDAN分解的第1个本征模态分量:

3)计算去除第一个模态分量后的残差:

4)在r1(t)中加入正负成对高斯白噪声得到新信号,以新信号为载体进行EMD分解,得到第一阶模态分量D1,由此可以得到CEEMDAN分解的第2个本征模态分量:

5)计算去除第二个模态分量后的残差:

6)重复上述步骤,直到获得的残差信号为单调函数,不能继续分解,算法结束;此时得到的本征模态分量数量为K,则原始信号x(t)被分解为:

4.根据权利要求2所述的一种基于混沌理论的滚动轴承故障特征提取方法,其特征在于,采用互信息法计算延迟时间τ,具体为:互信息法对于两个相互独立的时间序列X={x1,x2,…,xm}和Y={y1,y2,…,ym},设事件xi发生的概率为P(xi),则两序列的信息熵分别为:序列X和Y的联合熵为:

式中Px,y(xi,yj)为xi,yj的联合概率;

依赖于条件熵H(X|Y):当变量Y为已知量,互信息函数I(X,Y)为:I(X,Y)=H(X)‑H(X|Y)=H(X)+H(Y)‑H(X,Y)当互信息函数I(X,Y)第一次出现极小值时,所对应的时间即为延迟时间τ。

5.根据权利要求2所述的一种基于混沌理论的滚动轴承故障特征提取方法,其特征在于,采用CAO方法求嵌入维数,具体为:E1(m)=E(m+1)/E(m)                           (1)* *

E2(m)=E(m+1)/E(m)                          (2)式中:E1(m)和E2(m)都是个与嵌入维数m和延迟时间τ相关的函数;

由公式(1)可知随着嵌入维数m的不断提高,当m>m0时,E1(m)不再随m发生变化,则此时存在嵌入维数m。

6.根据权利要求2所述的一种基于混沌理论的滚动轴承故障特征提取方法,其特征在于,最大距离计算公式如下:基于重构矩阵Y,求得重构矩阵Y中任意两个向量间的欧氏距离,即:di,j=|Yi‑Yj|i,j=1,2,…N从而得到距离矩阵d:

然后,求距离矩阵d中的最大值:

dmax=max(d)=max{di,j,i,j=1,2,…,N}dmax即为最大距离,以最大距离dmax作为故障特征对滚动轴承进行故障诊断。