基于正交匹配与周期能量的滚动轴承故障诊断.PDFVIP

第３０卷　第３期 ２０１６年３月 电子测量与仪器学报 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＡＮＤＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＡＴＩＯＮ Ｖｏｌ３０　Ｎｏ３ ·４２３　 · 收稿日期：２０１５１１　　ＲｅｃｅｉｖｅｄＤａｔｅ：２０１５１１ 基金项目：国家重大科技专项资助项目（２００９ＺＸ０４０１００２１）、国家国际科技合作计划（２０１３ＤＦＢ７０３５０）、安徽省自然科学基金 （１４０８０８５ＱＥ９９）项目资助 ＤＯＩ：１０．１３３８２／ｊ．ｊｅｍｉ．２０１６．０３．０１２ 基于正交匹配与周期能量的滚动轴承故障诊断 孙春雨１　徐　娟１，２　韩江洪１ （１．合肥工业大学计算机与信息学院　合肥　２３０００９；２．洛阳轴承研究所有限公司　洛阳　４７１０００） 摘　要：根据滚动轴承的振动信号具有周期性非平稳变化的特征，引入周期能量的概念，针对滚动轴承故障诊断准确度不 高的问题，提出了一种基于非参数估计的正交匹配与周期能量的滚动轴承故障诊断方法。利用正交匹配追踪算法和非参 数波形估计精确提取出振动信号的特征；以周期为单位计算信号的周期能量并进行归一化处理；进而根据截取信号的周期 能量的范围识别轴承的故障类型。实验结果表明，该方法具有较高的故障识别率，能准确、有效地诊断出故障类型，具有较 高的应用价值和广阔的应用前景。 关键词：正交匹配追踪；非参数估计；周期能量；故障诊断 中图分类号：ＴＮ９１１．７；ＴＰ１３　　文献标识码：Ａ　　国家标准学科分类代码：５１０．９９ Ｒｏｌｅｒｂｅａｒｉｎｇｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｂａｓｅｄｏｎｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｍａｔｃｈｉｎｇａｎｄｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｅｎｅｒｇｙ ＳｕｎＣｈｕｎｙｕ１　ＸｕＪｕａｎ１，２　ＨａｎＪｉａｎｇｈｏｎｇ１ （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ； ２．ＬｕｏｙａｎｇＢｅａｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｎｏｎｓｔａｔｉｏｎａｒｙａｎｄｐｅｒｉｏｄｉｃｃｈａｎｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓｉｎｒｏｌｅｒｂｅａｒ ｉｎｇ，ｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｅｎｅｒｇｙｉｓｐｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｒｏｌｅｒｂｅａｒｉｎｇｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓｎｏｔｈｉｇｈ，ｔｈｅｒｏｌｅｒｂｅａｒｉｎｇｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｍｅｔｈｏｄａｂｏｕｔｃｏｍｂｉｎｉｎｇｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｍａｔｃｈｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｎｏｎｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｗｉｔｈｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｅｎｅｒｇｙｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｍａｔｃｈｉｎｇｐｕｒｓｕｉｔａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｎｏｎｐａｒａｍｅｔ ｒｉｃｗａｖｅｆｏｒｍｅｓｔｉｍａｔｉｏｎａｒｅｕｓｅｄｔｏｅｘｔｒａｃｔｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｐｅｒｉｏｄｉｃｓｉｇｎａｌｅｎｅｒｇｙｉｓｃａｌｃｕ ｌａｔｅｄａｎｄｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｉｓｃａｒｉｅｄｏｕｔ．Ａｎｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｃｏｐｅｏｆｔｈｅｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｅｎｅｒｇｙｏｆｉｎｔｅｒｃｅｐｔｅｄ ｓｉｇｎａｌ，ｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｆａｕｌｔｔｙｐｅｉｓｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｈａｓｈｉｇｈｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｒａｔｅａｎｄｃａｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙａｎｄｅｆｅｃｔｉｖｅｌｙｄｉａｇｎｏｓｅｔｈｅｆａｕｌｔｔｙｐｅ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｍｅｔｈｏｄｈａｓｈｉｇｈｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｖａｌｕｅａｎｄｂｒｏａｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｍａｔｃｈｉｎｇｐｕｒｓｕｉｔ；ｎｏｎｐａｒａｍｅｔｒｉｃｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ；ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｅｎｅｒｇｙ；ｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ １　引　言 滚动轴承是机械设备重要的易损零件之一，它 的运行状态直接影响到整个机械设备的状态，由于 工作面接触应力的长期反复作用，极易引起轴承疲 劳、裂纹、压痕等故障，严重的会导致轴承断裂，造 成事故。在旋转机械设备故障中，约有 ３０％的故 障是由轴承损坏引起的，因此，对其故障诊断方法 的研究具有重要意义，而特征提取［１２］是故障诊 断［