1.一种基于非同步熵的滚动轴承早期故障检测方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)确定同步数据获取的采样频率、相空间重构的时间延迟τ和嵌入维数m、相似容度阈值r以及故障阈值T;
(2)利用振动传感器和转速传感器采集同步振动数据;
(3)根据预先设定的时间延迟τ和嵌入维数m,将同步振动数据进行相空间重构;
(4)利用中心化处理方法对相空间中每个m维向量中心化处理;
(5)计算中心化处理后相空间中所有m维向量数据的二阶矩;
(6)基于中心化处理后的相空间,计算各轨道之间的距离;
(7)基于二阶矩和相空间中各m维向量之间的距离,计算所有m维向量之间的相似度;
(8)重复步骤(3)至(7),将同步振动数据重构为(m+1)维的相空间,对(m+1)维相空间中每个m维向量中心化处理;计算(m+1)维相空间中所有(m+1)维向量数据的二阶矩;计算中心化处理后各(m+1)维向量之间的距离及各(m+1)维向量之间的相似度;
(9)计算非同步熵NSE;
(10)基于计算所得非同步熵NSE和设定的故障阈值T来识别滚动轴承早期故障,如果非同步熵NSE大于阈值T,则认为滚动轴承早期故障已出现,反之滚动轴承为正常状态;
所述步骤(3)实现过程如下:
根据步骤(1)中设定的时间延迟τ和嵌入维数m对同步振动数据进行相空间重构其中,m维嵌入向量 表示为:所述步骤(4)实现过程如下:
针对相空间中每个m维向量,利用中心化处理方法对其进行中心化处理,确保每维向量的均值为0;因此,嵌入向量 被中心化为:其中, 为嵌入向量 的均值,如下式所示:所述步骤(5)实现过程如下:
计算中心化处理后相空间中所有m维向量数据二阶矩的均值 如下式所示:其中, 代表着中心化处理后相空间中第i个m维向量数据二阶矩,如下式所示:其中, 代表中心化处理后第i个m维向量 中的第(k‑1)个数据;
所述步骤(6)实现过程如下:
针对中心化处理后相空间中的m维向量,计算m维向量 和 之间的相互距离:其中, 和 分别代表相空间中第i个和j个中心化处理后的m维向量;
所述步骤(7)实现过程如下:
根据计算所得相空间中各m维向量之间的相互距离 计算相空间中各m维向量之间的相似度:其中,n为相似容限边界的梯度,r为相似容度阈值;
步骤(8)所述相空间各(m+1)维向量之间的相似度为:所述步骤(9)实现过程如下:
根据计算所得相似度 和 计算非同步熵NSE,如下式所示:NSE=ln(Φ(m))‑ln(Φ(m+1))其中:
当非同步熵较大时,说明信号复杂度较高,非同步成分明显,滚动轴承为故障状态;反之,则说明信号的复杂度较低,非同步成分不明显或缺失,滚动轴承为正常状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于非同步熵的滚动轴承早期故障检测方法,其特征在于,步骤(1)所述的时间延迟τ根据旋转轴每转运行的周期设定;所述嵌入维数m根据滚动轴承早期故障特征确定。
3.根据权利要求1所述的一种基于非同步熵的滚动轴承早期故障检测方法,其特征在于,所述步骤(2)实现过程如下:将旋转轴的转速作为参考信号,同步获取滚动轴承工作过程中的振动数据;转速计用于测量旋转轴转速信号,获取的滚动轴承工作过程中振动数据为位移数据、速度数据或者加速度数据;获得的同步数据表示为:Y={y(1),y(2),…,y(i),…,y(kM)}其中,M为每转采集点的个数,k为采集信号的总转数。