【技术实现步骤摘要】
一种球轴承故障检测方法
本专利技术涉及智能系统技术应用领域，尤其涉及一种球轴承故障检测方法。
技术介绍
随着现代工业技术的飞速发展，现代化工程设备和旋转机械系统正向着大规模、复杂化、高投资的方向发展。研究如何提高旋转机械系统的可靠性和安全性以减少重大事故的发生，已成为现代化工业生产系统迫切关注的问题之一。球轴承作为旋转机械的重要组成部分，盲目的预防性维修容易造成维修过剩，不必要的停机检修也直接影响到旋转机械的可用度。因此，为减少旋转机械故障停机时间、降低寿命周期、维护费用、提高旋转机械可用度、降低安全风险。如何对球轴承进行在线的状态监测和快速准确的故障检测已成为旋转机械智能维护的研究热点之一。作为旋转机械的关键部分，球轴承的故障与失效将严重影响旋转机械的可用度并对安全性、任务性和经济性造成影响，目前尽管实时状态监测、智能故障检测等技术已经得到广泛关注，但是很少涉及球轴承，并且现有的故障检测方法一般都是假设在理想条件下对球轴承的故障进行检测。然而实际当中很难达到所谓的理想环境。现有基于数据的故障检测方法故障检测准确度低...
【技术保护点】
1.一种球轴承故障检测方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：基于牛顿第二定律确定的球轴承动力学模型建立新型观测器模型，具体表述为：/n步骤1.1：利用牛顿第二定律建立球轴承的动力学模型，如公式(1)～公式(4)所示，/n
【技术特征摘要】
1.一种球轴承故障检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：基于牛顿第二定律确定的球轴承动力学模型建立新型观测器模型，具体表述为：
步骤1.1：利用牛顿第二定律建立球轴承的动力学模型，如公式(1)～公式(4)所示，
式中，Ms表示轴承内圈受力，Cs表示轴承内圈与主轴之间的阻尼，Cp表示轴承外圈与轴承之间的阻尼，Ks表示轴承内圈与主轴之间的接触刚度，Ff表示故障信号，Fb表示有界未知干扰信号，Mp表示轴承外圈受力，Kp表示外圈与轴承座之间的接触刚度，Xs表示水平方向轴承内圈振动响应，Xp表示水平方向轴承外圈振动响应，Ys表示竖直方向内圈振动响应，Yp表示竖直方向外圈振动响应；
步骤1.2：将包含微弱故障信号Ff的动力学模型公式(1)～公式(4)，转换为公式(5)～公式(6)，
其中，t表示时间，Ff(t)＝Ff，Fb(t)＝Fb，xi(t)＝x(t)，i＝1,2,3,4，
步骤1.3：基于零阶保持等价法将公式(5)～公式(6)转换为离散时间动力学模型，如公式(7)～公式(8)所示，
xi(k+1)＝Aixi(k)+Eidi(k)-Fifi(k)k∈0,1,…,n(7)
yi(k)＝Cixi(k)k∈0,1,…,n(8)
其中，通过零阶保持等价法计算得到Ai、Ei、Fi、Ci；
式中，x1(k)表示轴承内圈的水平方向状态，x2(k)表示轴承内圈的竖直方向状态，x3(k)表示轴承外圈的水平方向状态，x4(k)表示轴承外圈的竖直方向状态，y1(k)表示轴承内圈在水平方向的测量输出值，y2(k)表示轴承内圈在竖直方向的测量输出值，y3(k)表示轴承外圈在水平方向的测量输出值，y4(k)表示轴承外圈在竖直方向的测量输出值；
进一步将公式(7)～公式(8)简化为公式(9)～公式(10)所示，
x(k+1)＝Ax(k)+Ed(k)-Ff(k)(9)
y(k)＝Cx(k)(10)
其中，x(k)＝xi(k)，d(k)＝di(k)，f(k)＝fi(k)，A＝Ai，E＝Ei，F＝Fi，C＝Ci；
步骤1.4：根据公式(9)～公式(10)所示的离散时间动力学模型，得到如公式(11)所示的新型观测器模型，利用所述新型观测器作为检测故障的残差产生器，
式中，ξ(k)表示中间变量，表示x(k)的观测值，Ψ、Φ、L表示矩阵增益；
利用公式(11)求解公式(12)所示的离散时间误差动态模型，得到公式(13)，公式(13)中的r(k)即为通过新型观测器输出的故障信号的残差，
步骤2：利用凸优化问题求解所述新型观测器中的具体参数，确定新型观测器的具体结构，具体表述为：
步骤2.1：求解残差r(k)的性能指标，所述性能指标包括残差r(k)相对于有界未知干扰Fb的鲁棒性指标l1，还包括残差r(k)相对于故障信号Ff的敏感度H∞；
步骤2.2：求解未知干扰Fb对于残差r(k)的鲁棒性l1的约束条件；
步骤2.3：解所述新型观测器的自适应阈值Y；
步骤2.4：求解故障信号Ff对于残差r(k)的敏感度H∞的约束条件；
步骤2.5：利用凸优化问题求解参数α、β、m1、m2，将求解后的参数值带入公式(11)，即可得到新型观测器的具体结构；
步骤3：将两个型号完全相同的振动传感器分别安装在待测球轴承所在直角坐标系的X轴方向上和Y轴方向上，即水平方向和竖直方向上，实时采集待测球轴承在运行过程中的振动信号，所述振动信号包括水平方向上轴承的内圈振动响应Xs、轴承外圈振动响应Xp，竖直方向上轴承内圈的振动响应Ys，轴承外圈振动响应Yp；
步骤4：将采集到的振动信号作为具体结构确定的新型观测器的输入，通过新型观测器输出自适应阈值Y、残差值r(k)；
步骤5：比较自适应阈值Y、残差值r(k)的大小，如果r(k)＞Y，则证明待测球轴承存在故障，如果r(k)≤Y，则证明...
【专利技术属性】
技术研发人员：石怀涛，侯马骁，白晓天，吴玉厚，李宪文，李思慧，
申请(专利权)人：沈阳建筑大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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