基于小波包分析的电动机轴承故障诊断

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1、·机械制造与研究·　　　　　田慕玲,等·基于小波包分析的电动机轴承故障诊断基于小波包分析的电动机轴承故障诊断田慕玲,陈惠英,田慕琴(太原理工大学电气与动力工程学院,山西太原030024)摘　要:比较详细地阐述了电动机滚动轴承异常产生的机械振动机理,得出了几种常见故障的频率表现。结合实验数据,对所测得的振动信号进行小波包分解,对特定的频率段与正常信号相应的能量进行比对,确定出故障频率,从而准确找出电动机的故障所属。关键词:滚动轴承;小波包;故障诊断;故障频率+中图分类号:TM307.1　　文献标识码:A　　文章编号:167125276(2007)04

2、20071205TheFaultDiagnosisofMotorBearingBasedonWaveletPackageAnalysisTIANMu2ling,CHENHui2ying,TIANMu2qin(TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)Abstract:Thefaultmechanismofmotorrollingbearinghasbeenelaboratedinthisarticle.Theauthorhasalsoconcludedthefre2quencyperform

3、anceofseveralkindsofthecommonfaultsinthebearing.Thevibrationsignalsandthecorrectsignalswhichareobtainedintheexperimentaredecomposedusingwaveletpacket.Theauthormakesfaultsdefiniteaftercomparingenergyofspecificfrequencybandsoffaultwithonesofnormality.Thusthefaultsarefoundaccurat

4、ely.Keywords:rollingbearingfault;waveletpackage;faultdiagnosis;faultfrequency1Wj=Uj0　引言23Wj=Uj-1ÝUj-1振动测试是研究机器运行状态变化在振动信息中的4567Wj=Uj-2ÝUj-2ÝUj-2ÝUj-2反映,常用于寻找振源和进行设备的故障诊断。近年来兴⋯⋯(2)起的小波及小波包变换能同时提供振动信号的时域和频kkk+122+12-1Wj=Uj-kÝUj-kÝ⋯ÝUj-k域的局部化信息,为故障诊断提供了一种强有力的分析手⋯⋯段。用小波变换包来分析振动信号,

5、尤其对隐含在机械振jjk+122+12-1动信号中的轴承异常微弱振动信号的检测能力很强,突出Wj=U0ÝU0Ý⋯ÝU0了时变故障信号的局部频域信息特征,可以获得更为有效b)小波包的分解与重构:类似于正交小波的Mallat的诊断特征信息,从而准确定位电动机故障[1]。算法,小波包也有的分解与重构算法;nn,j定理1:设f(t)在子空间Uj中的系数为{ck:k∈1　小波包分析z},则在子空间U2n和U2n+1中的系数{cn,j-1,c2n+1,j-1:j-1j-1kk小波包分析[2](waveletpacketanalysis)能够为信号提k∈z}为2

6、n,j-1n,j供一种更加精细的分析方法,它将频带进行多层次划分,ck=∑…hl-2kcll∈Z对多分辨分析没有细分的部分进一步分解,并能够根据被(3)2n+1,j-1n,j分析信号的特征,自适应地选择相应频带,使之与信号频ck=∑…gl-2kcll∈Z谱相匹配,使低频和高频成分都达到很精细的程度[3],从2n2n+1　　定理2:设f(t)在子空间Uj-1和Uj-1中的系数而提高了时频分辨率,因此小波包具有更广泛的应用价n,j-12n+1,j-1nn,j{ck,ck:k∈z}则在Uj中的系数{ck:k∈z},值。为定义1:定义un(t)如下:ckn

7、,j=∑(hk-2lc2ln,j-1+gk-2lc2ln+1,j-1)(4)l∈Zu2n(t)=2∑hkun(2t-k)k信号经小波包变换后被分解成若干大大小小的序列,每个(1)序列对应原信号中某个频带的成分,根据原信号的频谱特u2n+1(t)=2∑gkun(2t-k)k性,可以选取其中的某些序列进行重点分析,也可以采用　　其中,u0(t)=<(t),u1(t)=ψ(t),n=0,1,⋯。称某些准则来选择所谓最佳小波包基。(t)}∞{unn=0为由u0(t)=<(t)确定的小波包,即正交小2　滚动轴承异常产生的机械振动机波包。[4]a)小波包分析是

8、进一步对小波子空间Wj按照二进理制分式进行频率的细分:　　轴承故障———滚动轴承工作过程中,零件表面常出现基金项目:山西省