基于小波包分析和案例推理的转子系统故障诊断方法

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1、2010年簟36■囊1期V01．36No．1Feb．2010己6／己7基于小波包分析和案例推理的转子系统故障诊断方法孙涛，侯志强，张赞(海军航空工程学院飞行器工程系，山东烟台264001)孙涛f1979)，男。工程师，毕业于海军航空工程学院，从事航空发动机状态监测与故障诊断工作。收稿Et期：2009-11—271引言转子系统是典型的时变非稳态振动系统【lI，其故障多以振动的形式表现出来，对其进行分析可以诊断转子系统故障。小波包方法可以将振动信号分解为一系列具有局部特性的小波函数，在低频和高频范围内均具有较好

2、的分辨力。它对信号频带进行多层次划分，进一步分解多分辨分析所没有细分的高频部分，并能够根据被分析信号的特摘要：将小波包分析与案例推理技术应用到转子系统故障诊断中，解决了复杂转子系统中小波包方法故障诊断结果可解释性差、分析判断需要专门经验的问题；用小波包技术所提取的故障特征表示转子系统故障案例，利用案例检索技术将以往相似案例应用到解决当前问题的过程中，提高了故障诊断结果的可解释性。仿真结果证明了该方法的有效性。关键词：小波包；案例推理；转子系统；故障诊断RotorSystemFaultDiagnosisBas

3、edonWaveletPacketAnalysisandCBRSUNTao．HoUZhi—qiang,ZHANGYtm(DepartmentofAirborneVehicleEngineering，NavalAeromudcalEngineeringInstitute，Yantai264001，Shandong，China)Abstract：Thepoorexplanationoffaultdiagnosisresultsanddependence0I细出analysisOilspecializedexpe

4、rienceforcomplicatedrotorsystemwaveletpacketmethod靓旧化solvedbyincorporatingwaveletpacketanalysisandCBDintotherotorsystem如t‘lldiagnosis．Theexplanationof‘，锄diagnosisresultsW05improvedbythec珊ethatrotorsystemfaultwascharacterizedwith知出characteristicextractedusi

5、ngwave拓tpackettechnologyandintheprocess$ofdeolingwiththepresentproblems哪垤$ilni赫casesobtainedfromretrievaltechnique．Thesimulationresultsprovethevalidityofthemethod．Keywords：waveletpacket；CBR；rotorsystem；faufldiagnosis征，自适应地选择相应的频带，使之与信号频谱相匹配，信息量完整无缺121。对信号在

6、不同尺度上进行分解与重构，能得到原始信号在不同频段上分布的详细信息。但利用小波包方法诊断转子系统故障时，存在诊断结果可解释性果具有较好的解释性，且诊断过程不需要专门经验。本文提出1种基于小波包分析与案例推理技术的转子系统故障诊断方法，在振动信号小波包特征提取的基础上，利用案例推理技术将以往类似经验应用于当2010年囊36簟簟1期V01．36No．1Feb．2010前故障中，提高了诊断结果的可解释性，且推理过程不需要专门经验。2基于小波包的故障特征提取方法’对信号进行多尺度分析常用离散小波包方法。离散信号按小

7、波包基展开时，包含高、低通滤波2部分，每次分解就将上层j+l的第n个频带进一步分割，变细为下层．7的2个子频带(第2，l和2n+1)131。离散信号的小波包分解算法1_『df(『，2几)=2二ak一2fdkq+l，，1){‘(1)1ndf仃，2，l+1)=2。6I一2fd：仃+l，几)I式中：a。、b。为小波分解共轭滤波器系数131。小波包重构算法dt(／'+1，凡)='n2。【pI一强畋仃，2凡)+gf_丝dk仃，2n+1)】k(2)式中：P。、口。为小波重构共轭滤波器系数13I。小波包频带分析技术和Fo

8、urier频谱分析的理论依据均为Parseval能量积分等式。信号他)在时域上的能量I，II呐lI：f㈤l2dx(3)m)的小波变换为dO"，后)=形(_，2，

9、

10、})=2彬L疏)抓)式中：砂0)为基小波。二者由Parseval恒等式联系131fIm)I2dx：f协，．

11、})l2(5)由式(5)可知，小波变换系数d仃，后)的平方具有能量的量纲，可以用于故障诊断中的能量特征提取。一般用小波系数的平方计算小波包分解第