基于非平稳时序分析的滚动轴承故障诊断方法的分析

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1、·分类号密级基于非平稳时序分析的滚动轴承故障诊断方法研究ResearchonFaultDiagnosisofRollingBearingBasedonNon-stationarySequenceAnalysis研究生姓名：魏巍指导教师姓名、职称：彭涛教授学科专业：控制理论与控制工程研究方向：信号处理与模式识别论文答辩日期答辩委员会主席湖南工业大学二○一二年五月三十一日····湖南工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论

2、文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：日期：年月日湖南工业大学论文版权使用授权书本人了解湖南工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。作者签名：导师签名：日期：年月日········摘要滚动轴承振动信号是由不同零部件振

3、动耦合而成，且滚动轴承工作环境极为复杂，因此具有非常明显的非平稳性，如何从振动信号中提取能够准确反应滚动轴承工作状态的特征量成为对其进行故障诊断关键所在。本文以对滚动轴承振动信号的分析为基础，重点研究了基于时序分析的经验模态分解和时变自回归模型方法在滚动轴承故障诊断中的应用。针对经验模态分解后选择固有模态函数时具有盲目性的问题，提出一种基于能量阀值的固有模态函数筛选方法，实现了对各固有模态函数进行自适应筛选的目的，进而实现对信号故障信息的重构，为进一步的特征提取打下基础。针对传统的EMD能量特征提取方法在滚动轴承故障诊

4、断中识别率较低的问题，通过将正常信号视为历史信号，提出一种提取相同工况条件下正常信号与故障信号各固有模态函数能量比构建特征向量的特征提取方法，对有效提取滚动轴承的运行特征，进而实现轴承的在线故障诊断，提供了一种新的解决思路。针对传统TVAR模型特征提取中存在建模不准确的问题，提出一种提取建模过程中的模型阶次判定值构建特征向量的特征提取方法，从而避免了对不同样本信号建立相同阶次模型所造成模型不准确的问题，对有效提取滚动轴承的运行特征提供了新的解决思路。仿真实验表明，本文所提出的非平稳信号特征提取方法能够有效地、准确地识别

5、滚动轴承在不同工况条件下的不同故障类型。关键词：非平稳性，时序分析，特征提取，滚动轴承，故障诊断····I····ABSTRACTTherollingbearingvibrationsignaliscoupledwithvibrationsofdifferentcomponentsofthemachineandtheworkingenvironmentisverycomplex,ithastheobviousofnon-stationary.Thekeystepishowtoavailablyextractthefau

6、ltfeaturesthatcanaccuratelyreflectthestateofthebearingfromthevibrationsignals.Basedonanalysisofvibrationsignaloftherollingbearings,thefocusofthisarticleistheapplyingofempiricalmodedecomposition(EMD)andtime-varyingautoregressive(TVAR)modelsinrollingbearingfaultdi

7、agnosismethod.AccordingtotheblindnessofselectingtheIMF,aadaptivescreeningideaofIMFbasedontheEMDenergythreshold,isproposed.Then,theselectedIMFisreconstructed,whichistolaythefoundationforthefurtherextraction.Accordingtotheproblemofthetraditionalenergyfeatureextrac

8、tion,basedonEMD,resultsinalowrecognitionrateofbearingfault,anewfeatureextractionmethod,extractingtheenergyratioofIMFofthefaultandnormalsignalinthesameconditions,ispro