次分量對應(yīng)的時(shí)頻分布 峰值帶寬中所有頻率的平均值，選取平均值與設(shè)定的等效轉(zhuǎn)頻范圍之間的誤差小于誤差閾 值的階次分量，作為最佳階次分量。上述過程中，階次能量指標(biāo)能很好的篩選出參考階次， 并具有可選性，避免了傳統(tǒng)方法中以某一固定階次為參考階次的單一性，同時(shí)避免了人為 因素的影響，便于實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用，同時(shí)提高了算法的準(zhǔn)確性。
[0046] 步驟130:根據(jù)最佳階次分量對振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行角度重采樣得到角域信號(hào)。
[0047] 根據(jù)本發(fā)明示例性的實(shí)施例，步驟130可包括:對最佳階次分量進(jìn)行擬合得到等效 轉(zhuǎn)頻曲線，根據(jù)等效轉(zhuǎn)頻曲線生成鑒相時(shí)標(biāo)，根據(jù)鑒相時(shí)標(biāo)對振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行角度插值重采 樣，得到角域信號(hào)。
[0048] 首先，對于上述擬合的過程，本實(shí)施例優(yōu)選采用最小二乘擬合方法，可選的三次樣 條曲線擬合、基于RBF曲線擬合。
[0049]以最小二乘擬合方法為例。具體地，對最佳階次分量上的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行如下處理:對 于給定的數(shù)據(jù)點(diǎn)％，￥1〇，1<1^仏，仏為自然常數(shù)，可用下面的11階多項(xiàng)式進(jìn)行擬合，11階多 項(xiàng)式為下式(6):
[0050] /(X) = + 卜\,: +…== i)J,2·.·"....................式（6)
[0051] 為了使擬合出的近似曲線能盡量反映所給數(shù)據(jù)的變化趨勢，要求在所有數(shù)據(jù)點(diǎn)上 的殘差都較小，即滿足式I Sk | = | f(xk)-Yk |。為達(dá)到上述目標(biāo)，令上述偏差的平方和最小為 min，ΕΦ t ⑷2 = ⑷-]2 = mitt。
[0052] 其次，擬合出等效轉(zhuǎn)頻曲線之后，根據(jù)等效轉(zhuǎn)頻曲線產(chǎn)生相應(yīng)的鑒相時(shí)標(biāo)。也就是 說，根據(jù)瞬時(shí)頻率的擬合曲線產(chǎn)生相應(yīng)的鑒相時(shí)標(biāo)Tp。階次采樣的時(shí)刻為下式(7):
[0053] 2;^" 1]{ι)? = ρΑβ.........................................式（7)
[0054] 其中，p為采樣時(shí)刻的序列號(hào)，Δ 0 = 3i/〇max為恒定角度增量，其中〇max表示時(shí)域離散 信號(hào)中需要分析的最大階比。進(jìn)一步，根據(jù)鑒相時(shí)標(biāo)Tp對振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行插值以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的 等角度插值重采樣，進(jìn)而得到階次采樣的角域離散轉(zhuǎn)角序列x(T P)。從而將變速非平穩(wěn)信號(hào) 轉(zhuǎn)化為平穩(wěn)信號(hào)，便于后期頻譜分析。
[0055] 步驟140:對角域信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)分析，確定滾動(dòng)軸承的故障部位。
[0056] 根據(jù)本發(fā)明示例性的實(shí)施例，步驟150可包括:對角域信號(hào)進(jìn)行窄帶包絡(luò)分析，得 到窄帶包絡(luò)階次譜;根據(jù)窄帶包絡(luò)階次譜和指定的軸承故障階次確定滾動(dòng)軸承的故障部 位。
[0057] 進(jìn)一步地，上述角域信號(hào)進(jìn)行窄帶包絡(luò)分析，得到窄帶包絡(luò)階次譜的處理可包括： 通過帶通濾波器對角域信號(hào)進(jìn)行濾波，對濾波后的角域信號(hào)進(jìn)行Hilbert包絡(luò)分析，得到窄 帶包絡(luò)階次譜。
[0058] 具體地，利用帶通濾波器的濾波特性，使目標(biāo)頻率成分被濾出；利用Hilbert包絡(luò) 從信號(hào)中提取調(diào)制信號(hào)，分析調(diào)制信號(hào)的變化，通過包絡(luò)分析可以從振動(dòng)信號(hào)中分離出低 頻信號(hào)成分。圖5為采用本發(fā)明實(shí)施例一的滾動(dòng)軸承的故障診斷方法的仿真振動(dòng)信號(hào)的窄 帶包絡(luò)階次譜圖，圖6為采用常規(guī)包絡(luò)分析方法的仿真振動(dòng)信號(hào)的包絡(luò)譜圖，與圖6相比，從 圖5可以看出信號(hào)中的故障階次分量被清晰的分離出來。
[0059] 需要說明的是，指定的軸承故障階次可包括以下至少一個(gè):保持架故障階次、滾動(dòng) 體故障階次、外圈故障階次和內(nèi)圈故障階次，相應(yīng)地，上述根據(jù)窄帶包絡(luò)階次譜和指定的軸 承故障階次確定滾動(dòng)軸承的故障部位的處理可包括:將窄帶包絡(luò)階次譜與指定的軸承故障 階次進(jìn)行比對，根據(jù)符合的指定的軸承故障階次確定滾動(dòng)軸承的故障部位。
[0060] 這里，保持架故障階次、滾動(dòng)體故障階次、外圈故障階次和內(nèi)圈故障階次的表達(dá)式 均是由相關(guān)公式推算得來，分別為下式(8)~（11):
[0061] 式⑶
[0062] 式（9)
[0063] 式（10) ··.··>·? ·. ? ? > · · ·. ? <>·>>.? . < · ψ * >. < <
[0064] ........ ..........................................式(11)
[0065] 其中，f cc = Lf r，L為比例系數(shù)，f r為軸的轉(zhuǎn)速。軸承故障階次包括:保持架故障階 次、滾動(dòng)體故障階次、外圈故障階次、內(nèi)圈故障階次，其中，fFTF為保持架故障頻率，fBSF為滾 動(dòng)體故障頻率，fBPFO為外圈故障頻率，f BPFI為內(nèi)圈故障頻率，Ψ為接觸角度，d為滾珠的直徑， D為滾道直徑，NB為滾珠數(shù)量。
[0066] 在實(shí)際應(yīng)用中，圖7為風(fēng)力發(fā)電機(jī)滾動(dòng)軸承的實(shí)測振動(dòng)信號(hào)的波形圖，圖8是對圖7 中實(shí)測振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換后得到的時(shí)頻圖，圖9是根據(jù)圖8以及設(shè)定等效轉(zhuǎn)頻范 圍確定的實(shí)測振動(dòng)信號(hào)的最佳階次時(shí)頻圖，圖10是窄帶包絡(luò)分析處理得到的實(shí)測振動(dòng)信號(hào) 的窄帶包絡(luò)階次譜圖，圖11為采用常規(guī)包絡(luò)分析方法的實(shí)測振動(dòng)信號(hào)的包絡(luò)譜圖，對比圖 10和圖11可以看出，采用本發(fā)明實(shí)施例所述方法，故障階次譜線結(jié)構(gòu)清晰明確，能夠真實(shí)的 反映變轉(zhuǎn)速下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組滾動(dòng)軸承的故障特征，有效的克服了變轉(zhuǎn)速造成的頻譜模糊的 現(xiàn)象。
[0067] 本發(fā)明實(shí)施例提供的滾動(dòng)軸承的故障診斷方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù) 效果：
[0068] 首先，由時(shí)頻譜圖得到等效轉(zhuǎn)頻曲線過程中，采用自適應(yīng)搜峰方法，搜索出所有階 次分量，以階次能量為指標(biāo)，從所有階次分量中自動(dòng)篩選出最佳階次分量，從而為滾動(dòng)軸承 的故障診斷提供依據(jù)，避免了人為因素的干擾，提高了分析效率及分析精度；
[0069 ]其次，擺脫了硬件(如轉(zhuǎn)速計(jì))依賴，通過時(shí)頻分析方法對振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，根據(jù) 等效轉(zhuǎn)頻曲線提取轉(zhuǎn)速信息，降低了硬件成本，用于變轉(zhuǎn)速工況下滾動(dòng)軸承早期故障診斷， 解決了變轉(zhuǎn)速影響和故障特征難提取的技術(shù)問題；
[0070] 再次，滾動(dòng)軸承早期故障特征出現(xiàn)在部件固有頻率附近產(chǎn)生共振，全頻包絡(luò)噪聲 影響較大，難以提取早期故障特征。采用窄帶包絡(luò)解調(diào)技術(shù)取代全頻包絡(luò)，避免了全頻包絡(luò) 解調(diào)中噪聲的影響。對共振區(qū)域做解調(diào)，減少了噪聲影響，提高了算法精度。
[0071] 實(shí)施例二
[0072] 圖12為本發(fā)明實(shí)施例二的滾動(dòng)軸承的故障診斷裝置的結(jié)構(gòu)示意圖?？捎糜趫?zhí)行本 發(fā)明實(shí)施例一的滾動(dòng)軸承的故障診斷方法步驟。
[0073] 參照圖12,該滾動(dòng)軸承的故障診斷裝置包括信號(hào)采集及時(shí)頻譜求取模塊1210、階 次分量確定模塊1220、角度重采樣模塊1230和故障診斷模塊1240。
[0074] 信號(hào)采集模塊1210用于采集滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)，求取振動(dòng)信號(hào)的時(shí)頻譜。
[0075] 階次分量確定模塊1220用于根據(jù)時(shí)頻譜確定振動(dòng)信號(hào)的最佳階次分量。
[0076]具體地，階次分量確定模塊1220包括：
[0077] 轉(zhuǎn)頻設(shè)定及分量搜索單元1221用于設(shè)定等效轉(zhuǎn)頻范圍，從所述時(shí)頻譜上搜索出所 有的階次分量；
[0078] 能量計(jì)算及分量確定單元1222用于計(jì)算所述階次分量的階次能量，并根據(jù)所述等 效轉(zhuǎn)頻范圍確定最佳階次分量。
[0079] 角度重采樣模塊1230用于根據(jù)最佳階次分量對振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行角度重采樣得到角 域信號(hào)。
[0080] 故障診斷模塊1240用于對角域信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)分析，確定滾動(dòng)軸承的故障部位。
[0081] 本發(fā)明實(shí)施例提供的滾動(dòng)軸承的故障診斷裝置，通過設(shè)定等效轉(zhuǎn)頻范圍，從時(shí)頻 譜上搜索出所有的階次分量，進(jìn)一步計(jì)算階次分量的階次能量，并根據(jù)等效轉(zhuǎn)頻范圍確定 最佳階次分量。實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)、快速地確定最佳階次分量，從而為滾動(dòng)軸承的故障診斷提供依 據(jù)，提高了故障診斷的準(zhǔn)確度，避免了人為因素的干擾。
[0082] 優(yōu)選地，能量計(jì)算及分量確定單元1222可具體包括：
[0083] 分量排序子單元（圖中未示出）用于根據(jù)計(jì)算的階次能量對所有的階次分量進(jìn)行 排序；
[0084] 均值獲取子單元（圖中未示出）用于對經(jīng)排序的階次分量，依次獲取每一階次分量 對應(yīng)的時(shí)頻分布峰值帶寬中所有頻率的平均值；
[0085] 分量確定子單元（圖中未示出）用于選取獲取的平均值與設(shè)定的等效轉(zhuǎn)頻范圍之 間的誤差小于誤差閾值的階次分量作為最佳階次分量。
[0086] 進(jìn)一步地，能量計(jì)算及分量確定單元1222具體用于根據(jù)下式計(jì)算連續(xù)數(shù)據(jù)階次分 量的階次能量：
[0087]
[0088] 其中，Eoi表示第i個(gè)階次能量;i表示階次分量序號(hào);t為時(shí)間，f為頻率;Pi(t)為第i 個(gè)階次信號(hào)某時(shí)刻對應(yīng)的幅值Tdf)為第i個(gè)階次信號(hào)某頻率對應(yīng)的幅值;T為截至?xí)r刻;F 為截至頻率。
[0089] 更進(jìn)一步地，能量計(jì)算及分量確定單元1222具體用于根據(jù)下式計(jì)算離散數(shù)據(jù)階次 分量的階次能量：
[0090] Eoi^^ υι jj 1 \ JJ. / jj. 1 M ./
[0091] 其中，」」=0，1，2-，4表示時(shí)間序列和頻率序列的點(diǎn)數(shù)4^表示離散時(shí)間變量， fjj表示離散頻率變量。
[0092] 這里，轉(zhuǎn)頻設(shè)定及分量搜索單元1221具體用于將由齒槽通過頻率的整數(shù)倍組成的 頻率序列設(shè)定為等效轉(zhuǎn)頻范圍。
[0093]優(yōu)選地，角度重采