【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及于高端装备，尤其涉及一种基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法。
技术介绍
1、我国卷烟制造量和消费量均占世界总量的三分之一，是全球最大的卷烟制造国和消费国。烟草制丝设备是烟草生产制造中的核心设备，实现了高质量、低速度、高灵活性、高自动化的烟草制丝过程。烟草制丝设备自身精密化程度高、长时间高负荷运行，随着运行时间的增加容易出现故障。在生产过程中，如果烟草制丝设备发生故障，不仅会造成生产的中断，而且巨大的维护成本以及烟草制品及辅料的浪费。因此，实现烟草制丝设备轴承早期微弱故障的提早诊断，不仅可以扼杀故障于萌芽状态，而且能够保障烟草制丝设备的平稳、高效地运行。
2、烟草制丝设备轴承早期故障极其微弱，而且整个工厂设备群庞大，设备之间的振动与噪声交叉耦合；加之，制丝设备不是单独地工作，而是属于复杂且冗长的生产链条中的一个，所以牵一发而动全身，导致整个烟草制丝设备轴承早期故障完全被淹没。因此，如何检测制丝设备轴承早期故障已经成为烟草行业的难题。现有故障检测方法主要以消除噪声而彰显微弱特征为手段，难以高效地检测极低信噪比环境的烟草制丝设备轴承早期故障；相反，在非线性系统中的一些现象，诸如随机共振、振动共振以及混沌共振，能够利用噪声诱发系统共振增强早期故障检测，但是诱发共振的势阱跨度由于可调参数耦合而受限，再加上受制于系统共振未能充分挖掘时间序列的高度关联性，导致整个轴承故障检测精度和最低信噪比不高。
3、因此，亟需一种基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法。
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1、本专利技术的目的是提供一种基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法，以解决上述现有技术中的问题，通过不断地扩增势阱跨度，并融入分数阶非线性系统的时间序列关联性挖掘能力，并集成轴向、垂直、水平三个方向的振动信号，最终实现烟草制丝设备轴承早期故障的增强检测。
2、本专利技术提供了一种基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法，其中，包括：
3、分别采集烟草制丝设备的轴承座的三向振动信号，所述三向振动信息包括垂直、水平和轴向的振动信号；
4、将所述三向振动信号分别作为分数阶势阱跨度扩增非线性系统的输入，计算系统输出的故障特征谱放大因子；
5、根据所述三向振动信号所对应的所述故障特征谱放大因子进行势阱跨度扩增，得到三个方向的最优增强信号；
6、对三个方向的所述最优增强信号进行信号集成，得到集成增强信号；
7、根据所述集成增强信号对烟草制丝设备的轴承早期故障进行增强检测。
8、如上所述的基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法，其中，优选的是，所述分别采集烟草制丝设备的轴承座的三向振动信号，具体包括：
9、通过三向加速度传感器分别采集烟草制丝设备的轴承座的三向振动信号。
10、如上所述的基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法，其中，优选的是，所述通过三向加速度传感器分别采集烟草制丝设备的轴承座的三向振动信号，具体包括：
11、通过磁座的磁吸方式在烟草制丝设备的轴承座上安装三向加速度传感器；
12、设置三向加速度传感器的采样频率fs为5100hz-5150 hz，采样时长tk为3s-3.5s；
13、通过所述三向加速度传感器分别采集垂直、水平、轴向三个方向的振动信号，分别记为xi(t)，其中，i＝1,2,3，i＝1表示垂直方向的振动信号，i＝2表示水平方向的振动信号，i＝3表示轴向方向的振动信号，t表示时间。
14、如上所述的基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法，其中，优选的是，所述将所述三向振动信号分别作为分数阶势阱跨度扩增非线性系统的输入，计算系统输出的故障特征谱放大因子，具体包括：
15、将采集到的垂直、水平和轴向三个方向的振动信号xi(t)分别作为分数阶势阱跨度扩增非线性系统的输入，其中，分数阶势阱跨度扩增非线性系统通过以下公式表示：
16、
17、其中，α表示分数阶，a和b表示势参数，α2表示势阱跨度扩增因子，xi(t)，表示轴承在垂直、水平和轴向三个方向的振动信号，i＝1,2,3，i＝1表示垂直方向的振动信号，i＝2表示水平方向的振动信号，i＝3表示轴向方向的振动信号，yi(t)表示系统输出；
18、利用欧拉算法分别计算系统输出yi(t)，
19、其中，i＝1,2,3，求解步长为h＝r/fs，以系统输出yi(t)的故障特征谱放大因子fsi作为遗传算法的目标函数，自适应地调节分数阶α、尺度因子r、势参数a和b，故障特征谱放大因子fsi如以下公式所示，
20、
21、各参数的初始化范围分别为α∈(0，2]、r∈(0，200]、a∈(0，5]和b∈(0，5]，其中，势阱跨度扩增因子α2保持不变，且α2＝1，
22、式中，分别表示最优增强信号的傅里叶频谱中轴承故障特征频率处的幅值，i＝1,2,3，其中，分别是垂直、水平、轴向三个方向的振动信号xi(t)的傅里叶频谱中轴承故障特征频率处的幅值，i＝1,2,3。
23、如上所述的基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法，其中，优选的是，所述根据所述三向振动信号所对应的所述故障特征谱放大因子进行势阱跨度扩增，得到三个方向的最优增强信号，具体包括：
24、将故障特征谱放大因子最大值对应的三个方向最佳的可调参数记为：其中i＝1,2,3；
25、将最佳的可调参数代入分数阶势阱跨度扩增非线性系统，并调大势阱跨度扩增因子α2↑，如式(3)所示，
26、在时，(3)
27、式中，i＝1,2,3分别表示垂直、水平、轴向三个方向，j＝1,2,...,j表示势阱跨度调增次数，表示最优增强信号，i＝1,2,3；
28、其中，调节步长为α2↑＝α2↑+0.1，且起调点为α2＝1，并利用欧拉算法分别计算系统输出yi(t)和相应的故障特征谱放大因子fsi，其中，求解步长为当其增量小于0.1时，则将分数阶势阱跨度扩增非线性系统输出作为最优增强信号，i＝1,2,3。
29、如上所述的基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法，其中，优选的是，所述对三个方向的所述最优增强信号进行信号集成，得到集成增强信号，具体包括：
30、将三个方向的最优增强信号进行统计平均，i＝1,2,3，得到的集成增强信号通过以下公式表示：
31、
32、其中，y(t)表示集成增强信号。
33、如上所述的基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法，其中，优选的是，所述根据所述集成增强信号对烟草制丝设备的轴承早期故障进行增强检测，具体包括：
34、对所述集成增强信号进行谱分析，并将谱分析结果与轴承理论故障特征频率进行比对，以判别烟草制丝设备轴承的健康状态，并诊断故障位置。...
【技术保护点】
1.一种基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法，其特征在于，所述分别采集烟草制丝设备的轴承座的三向振动信号，具体包括：
3.根据权利要求2所述的基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法，其特征在于，所述通过三向加速度传感器分别采集烟草制丝设备的轴承座的三向振动信号，具体包括：
4.根据权利要求1所述的基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法，其特征在于，所述将所述三向振动信号分别作为分数阶势阱跨度扩增非线性系统的输入，计算系统输出的故障特征谱放大因子，具体包括：
5.根据权利要求4所述的基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法，其特征在于，所述根据所述三向振动信号所对应的所述故障特征谱放大因子进行势阱跨度扩增，得到三个方向的最优增强信号，具体包括：
6.根据权利要求1所述的基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法，其特征在于，所述对三个方向的所述最优增强信号进行信号集成，得到集成增强信号
7.根据权利要求1所述的基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法，其特征在于，所述根据所述集成增强信号对烟草制丝设备的轴承早期故障进行增强检测，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法，其特征在于，所述分别采集烟草制丝设备的轴承座的三向振动信号，具体包括：
3.根据权利要求2所述的基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法，其特征在于，所述通过三向加速度传感器分别采集烟草制丝设备的轴承座的三向振动信号，具体包括：
4.根据权利要求1所述的基于分数阶势阱跨度扩增的轴承微弱故障增强检测方法，其特征在于，所述将所述三向振动信号分别作为分数阶势阱跨度扩增非线性系统的输入，计算系统输出的...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑超，孙科雷，邬晓龙，徐敏，赵杰淇，王军辉，徐立，冯海，张智杰，叶思聪，王淼，谯自健，
申请(专利权)人：浙江中烟工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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