信號瞬態(tài)成分稀疏表示方法及其機(jī)械故障特征提取應(yīng)用研究.pdf

1、機(jī)械、運(yùn)載、能源、冶金、石化、國防等國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)中的關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀況直接關(guān)系著國民經(jīng)濟(jì)的正常運(yùn)作與健康穩(wěn)定地發(fā)展。機(jī)械設(shè)備中的核心零部件由于長期處于疲勞、高溫等惡劣環(huán)境，會不可避免的發(fā)生失效。對這些關(guān)鍵零部件實(shí)施故障特征提取，對判斷零部件故障形式，保證設(shè)備安全可靠地以最優(yōu)狀態(tài)運(yùn)行，避免重大事故的發(fā)生，具有重要的意義。本文以旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備關(guān)鍵零部件滾動軸承和齒輪的故障特征提取為檢測目標(biāo)，研究并提出了一種新的故障特征提取方法----基于

2、稀疏表示的瞬態(tài)特征提取方法，并針對與其相關(guān)的問題進(jìn)行了理論研究和應(yīng)用研究。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、欧治龉收蠙C(jī)理是開展故障特征提取的前提，在闡述了滾動軸承和齒輪故障失效形式的基礎(chǔ)上，本論文分析了滾動軸承和齒輪在發(fā)生局部故障時(shí)振動信號的特點(diǎn)；闡述了信號稀疏表示理論及其關(guān)鍵步驟，保證了進(jìn)行信號特征稀疏表示的理論基礎(chǔ)；揭示了故障振動信號具有“瞬態(tài)性”和“稀疏性”的本質(zhì)特征，引入了稀疏表示對故障振動信號進(jìn)行特征提取，并提出了稀疏表示策略

3、。
　?、七^完備表示字典的構(gòu)造是進(jìn)行信號稀疏表示的關(guān)鍵問題之一。恒定轉(zhuǎn)速工況下，針對關(guān)鍵零部件滾動軸承、齒輪在發(fā)生局部故障時(shí)其振動信號的特點(diǎn)，本論文提出了適應(yīng)信號特征的過完備小波字典的構(gòu)造方法。利用相關(guān)濾波法計(jì)算最優(yōu)匹配小波原子，并提出了利用時(shí)間參數(shù)平移構(gòu)造過完備小波字典的方法，保證了表示字典與信號的相似度。
　?、窍∈璞硎灸Ｐ椭心繕?biāo)函數(shù)的求解是進(jìn)行信號稀疏表示的另一個關(guān)鍵問題。針對目標(biāo)函數(shù)中數(shù)據(jù)保真項(xiàng)的優(yōu)化，本文提出了優(yōu)化

4、目標(biāo)函數(shù)數(shù)據(jù)保真項(xiàng)的瞬態(tài)成分稀疏表示方法。通過數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文所提方法的有效性，并研究了所提方法中拉
　　⑷格朗日乘子和懲罰因子對稀疏表示結(jié)果的影響，分析了稀疏表示解的存在性與唯一性。對實(shí)際采集的滾動軸承和齒輪在發(fā)生局部故障時(shí)的振動信號進(jìn)行了應(yīng)用研究，驗(yàn)證了本文所提方法對滾動軸承和齒輪故障特征提取的有效性和適用性。
　　⑸針對目標(biāo)函數(shù)中懲罰項(xiàng)的優(yōu)化，本論文提出了優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)懲罰項(xiàng)的瞬態(tài)成分稀疏表示方法。設(shè)計(jì)了一般形式的