基于六阶单稳系统的齿轮箱故障诊断方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于六阶单稳系统的齿轮箱故障诊断方法，涉及齿轮箱故障诊断方法技术领域。所述方法包括以下步骤：首先通过带通滤波选取共振频带，然后通过Hilbert进行解调，最后采用六阶单稳系统得到故障特征输出。所述方法容易实现、计算效率高、输出特性好，在微弱故障特征信号提取中有较大的优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及齿轮箱故障诊断方法
，尤其涉及一种基于六阶单稳系统的齿轮箱故障诊断方法。
技术介绍
齿轮箱作为变速传动部件，被广泛应用于各种机械产品，其运行的状态直接影响整个机械的安全。机械运转过程中，来自外界和机械本身的较强噪声，使得齿轮箱早期的微弱故障信息很难及时发现。随机共振理论是近三十年发展起来的非线性信号处理方法，其放大微弱特征信号削弱噪声的特性，使其成为微弱信号检测的有效方法之一。常用的随机共振模型为双稳态随机共振模型(文献[1]雷亚国,韩冬,林京等.自适应随机共振新方法及其在故障诊断中的应用[J].机械工程学报,2012,48(7):62-67.)，双稳系统虽然能够应用于工程实际，但在具体实施过程中存在一个突出问题，就是很难确定两个系统参数的调节方向以达到快速共振的状态(文献[2]冷永刚,王太勇,郭焱等.双稳随机共振参数特性的研究[J].物理学报,2007,56(1):30-35.)。文献[3](AlfonsiL,GammaitoniL,SantucciS,etal.Intrawellstochasticresonanceversusinterwellstochasticresonance[J].Phys.Rev.E,2000,62(1):299-302.)首先发现了单稳随机共振(阱内随机共振)现象。文献[4](焦尚彬,李佳,张青等.α稳定噪声下时滞非对称单稳系统的随机共振[J].系统仿真学报,2016,28(1):139-146.)和文献[5](赵军,赖欣欣,孔明等.双频信号作用下的单稳随机共振数值研究[J].噪声与振动控制,2013,33(1):1-6.)的研究表明，单稳系统不仅可以降低双稳系统的复杂度，方便系统参数的调节，而且具有较好的输出特性。四阶幂指数型单稳系统是目前研究的较多的单稳系统模型，该模型由双稳系统演化而来(文献[6]冷永刚,赵跃.单稳系统的脉冲响应研究[J].2015,64(21):212-221.)。由四阶单稳系统模型可以扩展出很多其它形式的单稳系统模型，比如文献[7](张刚,胡韬,张天骐.Levy噪声激励下的幂指数型单稳随机共振特性分析[J].2015,64(22):76-85.)和文献[8](万频,詹宜巨,李学聪等.一种单稳随机共振系统信噪比增益的数值研究[J].2011,60(4):60-66.)。从以上文献的内容可以看出不同的单稳系统，其输出特性也各不相同。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于六阶单稳系统的齿轮箱故障诊断方法，所述方法容易实现、计算效率高、输出特性好，在微弱齿轮箱故障特征提取中有较大的优势。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种基于六阶单稳系统的齿轮箱故障诊断方法，其特征在于包括如下步骤：采集齿轮箱的振动信号，并采集齿轮箱传动轴转速信号；根据测量的传动轴转速，确定每个传动齿轮的理论转频；将采集的齿轮箱振动信号，通过带通滤波选取共振频带，然后通过Hilbert进行解调，最后采用六阶单稳态随机共振系统处理，得到齿轮箱故障特征输出；将输出的故障特征频率与各传动齿轮的理论转频进行对比分析，得到齿轮箱信号是否存在故障，如果存在故障，输出故障类型。优选的，采用振动传感器采集齿轮箱的振动信号。优选的，采用加速度传感器采集齿轮箱传动轴的转速信号。进一步的技术方案在于：所述的六阶单稳态随机共振系统模型为dxdt=-du(x)dt+s(t)+Γ(t)---(1)]]>U(x)＝bx6(2)其中，U(x)为系统势函数，s(t)特征信号，Γ(t)为高斯白噪声，b为系统参数。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述方法首先通过带通滤波选取共振频带，然后通过Hilbert进行解调，最后采用六阶单稳系统得到故障特征输出。该方法容易实现、计算效率高、输出特性好，在微弱故障特征信号提取中有较大的优势。附图说明图1是本专利技术实施例所述方法的流程图；图2是幂指数型单稳系统势函数；图3是本专利技术实施例所述方法中齿轮箱的振动仿真信号；图4是n＝1时幂指数型单稳系统的输出特性曲线图；图5是n＝1时幂指数型单稳系统的输出特性前半段曲线图；图6是n＝2时幂指数型单稳系统的输出特性曲线图；图7是n＝3、4、5、6时幂指数型单稳系统的输出特性曲线图；图8是n＝7时幂指数型单稳系统的输出特性曲线图；图9是本专利技术实施例所述方法中调制信号仿真图；图10a-10d是仿真信号处理结果图；图11是实测信号时域波形图；图12a-12d是实测信号处理结果图。具体实施方式面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施。本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。总体的，如图1所示，本专利技术公开了一种基于六阶单稳系统的齿轮箱故障诊断方法，包括以下步骤：S101：采用振动传感器采集齿轮箱的振动信号，同时加速度传感器采集齿轮箱传动轴转速；S102：根据测量的传动轴转速，确定每个传动齿轮的理论转频；S103：将加速度传感器采集的振动信号，首先通过带通滤波选取共振频带，然后通过Hilbert进行解调，最后采用六阶单稳态随机共振系统处理，得到故障特征输出；S104：将输出的故障特征频率与各传动齿轮的理论转频进行对比分析，得到齿轮箱信号是否存在故障，如果存在故障，输出故障类型。六阶单稳系统原理：受外力和噪声共同作用的随机共振系统可以用LE方程描述：dxdt=-du(x)dt+s(t)+Γ(t)---(1)]]>其中，U(x)为系统势函数，s(t)特征信号，Γ(t)为高斯白噪声。六阶单稳系统势函数：U(x)＝bx6(2)其中，b为系统参数，图2是幂指数型单稳系统势函数。六阶单稳系统是一种幂指数型单稳态随机共振系统，为了验证该系统的输出特性，作如下分析实验：区别于双稳系统，单稳系统的势函数只有一个势阱。幂指数型单稳系统是单稳系统模型中较为常见的形式，其势函数可以表示为U(x)＝b|x|n(3)其中，b为系统参数，n为幂指数。为了定量指数n对系统输出的影响，引入信噪比的概念，定义SNR=10lgA22D---(4)]]>其中,A为特征信号的幅值，D为噪声强度。取仿真信号x＝0.5sin(2π×0.1×t)+5×randn(t)，特征频率0.1Hz，信号幅值A＝0.5，采样频率20Hz，采样点数为2000，分析所用仿真信号时域波形如图3所示。采用幂指数型单稳系统，对图3所示仿真信号进行分析处理，分别取n为1、2、3、4、5、6、7七种整数阶形式，计算对应系统输出信噪比，得到图4-图8输出特性曲线。图4在最后一个测试点后仍未出现发散的情况；图6-图8中各条输出特性曲线在最后一个测试点后出现发散；由于各条曲线稳定段(信噪比值变化不大的区段)两端的峰值区信噪比变化剧烈，限于取样点的间隔，曲线中的高峰峰值并不代本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于六阶单稳系统的齿轮箱故障诊断方法，其特征在于包括如下步骤：采集齿轮箱的振动信号，并采集齿轮箱传动轴转速信号；根据测量的传动轴转速，确定每个传动齿轮的理论转频；将采集的齿轮箱振动信号，通过带通滤波选取共振频带，然后通过Hilbert进行解调，最后采用六阶单稳态随机共振系统处理，得到齿轮箱故障特征输出；将输出的故障特征频率与各传动齿轮的理论转频进行对比分析，得到齿轮箱信号是否存在故障，如果存在故障，输出故障类型。

【技术特征摘要】
1.一种基于六阶单稳系统的齿轮箱故障诊断方法，其特征在于包括如下步骤：采集齿轮箱的振动信号，并采集齿轮箱传动轴转速信号；根据测量的传动轴转速，确定每个传动齿轮的理论转频；将采集的齿轮箱振动信号，通过带通滤波选取共振频带，然后通过Hilbert进行解调，最后采用六阶单稳态随机共振系统处理，得到齿轮箱故障特征输出；将输出的故障特征频率与各传动齿轮的理论转频进行对比分析，得到齿轮箱信号是否存在故障，如果存在故障，输出故障类型。2.如权利要求1所述的基于六阶单稳系统的齿...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝如江，梁建华，杨红娜，李辉，沈英明，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：河北;13