CN114036655A - 一种基于改进的htt算法的旋转机械故障诊断方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械故障诊断技术领域，特别涉及一种基于改进的HTT算法的旋转机械故障诊断方法及系统。本发明方法包括以下步骤：S1、采集旋转机械转子振动信号；S2、在LabVIEW平台中构建数字滤波器、小频降噪器对振动信号进行滤波、降噪处理；S3、在LabVIEW平台中基于改进的HHT算法对振动信号进行处理得到瞬时频率、瞬时幅值；S4、对数据进行保存并构建幅值图、频谱图和三维时频谱图。本发明的有益效果在于：通过在LabVIEW平台中使用改进的HHT算法对不平衡转子转动时产生的振动信号进行分析解决了现有HHT算法会在检测振动信号时因端点效应产生误差的问题，增强了旋转机械故障诊断的精准度。
Description
技术领域
本发明涉及机械故障诊断技术领域，特别涉及一种基于改进的HTT算法的旋转机械故障诊断方法及系统。
背景技术
现有技术中对于机械设备状态监测和故障诊断通过先假设原始信号具有线性、高斯性和平稳性的特征，这样对信号处理就会方便很多。常用的手段既有已经日渐成熟的傅里叶变换法，又有优点明显的小波变换，还有比较新型的神经网络算法等。
HHT算法的出现对于解决非线性、非高斯性和非平稳信号提出了一个新的概念，此算法更加适合对于处理非线性、非高斯变换的波形。但是由于信号的端点不可能同时处于极大值或极小值，因此，上、下包络在数据序列两端会发散，且这种发散会随着运算的进行而逐渐向内，从而使得整个数据序列受到影响。
发明内容
为了解决背景技术中的不足，本发明提供了一种基于改进的HTT算法的旋转机械故障诊断方法及系统，具体方案如下：
一种基于改进的HTT算法的旋转机械故障诊断方法，包括以下步骤：
S1、采集旋转机械转子振动信号；
S2、在LabVIEW平台中构建数字滤波器、小频降噪器对振动信号进行滤波、降噪处理；
S3、在LabVIEW平台中基于改进的HHT算法对振动信号进行处理得到瞬时频率、瞬时幅值；
S4、对数据进行保存并构建幅值图、频谱图和三维时频谱图。
具体地说，步骤S3具体为：
S3.1、截取振动信号x(t)，令r＝x(t)，n＝0；计算x(t)的极值点并拟合上、下包络线；
S3.2、获取上、下包络的均值m(t)，并计算x(t)与包络均值的差值；
h(t)＝x(t)-m(t)；
S3.3、判断h(t)是否满足IMF的条件；判断是，c(n)＝h(t)，进入下一步骤；判断否，将x(t)＝h(t)，返回步骤S3.1；其中c(n)为模态分量；
所述IMF的条件包括：h(t)的极大值点与过0点数量相差不超过1个；h(t)的上、下包络线均值恒为0；
S3.4、计算剩余分量x(t)＝h(t)；
S3.5、判断剩余分量r是否单调或者标准差是否小于设定值，判断否，令x(t)＝h(t)，返回步骤S3.1；判断是，对c(n)进行Hilbert变换得到瞬时频率、瞬时幅值。
具体地说，步骤S3.1中获取的振动信号x(t)的长度为原始振动信号的1.1-1.2倍。
具体地说，步骤S3.5中所述设定值在0.2-0.3之间。
使用上述的一种基于改进的HTT算法的旋转机械故障诊断方法的系统，包括依次连接的振动传感器、电荷放大器、信号采集器、计算机，所述计算机包括LabVIEW系统。
具体地说，所述振动传感器包括PVDF传感器，用于采集不平衡转子转动时产生的振动信号。
具体地说，所述信号采集器包括PCI-625信号采集卡。
本发明的有益效果在于：
(1)通过在LabVIEW平台中使用改进的HHT算法对不平衡转子转动时产生的振动信号进行分析解决了现有HHT算法会在检测振动信号时因端点效应产生误差的问题，增强了旋转机械故障诊断的精准度。
(2)通过延拓截取的信号长度抑制EMD筛选过程采用三次样条插值法而产生拟合过冲问题。
(3)通过使用不用电的PVDF薄膜作为振动传感器，克服了电磁干扰，提高了系统在复杂的工业环境中的抗干扰性能。
(4)通过使用PCI-625数据采集卡可采集全部波源信号，提高了振动信号的采集效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明流程图；
图2为实施例采集的振动信号频谱图；
图3为经过EMD分解后的各模态分量的频谱图；
图4为各模态分量经过希尔伯特变换后的频谱图；
图5为各模态分量的三维曲线图；
图6为本发明结构示意图。
图中标识具体为：
1、振动传感器；2、电荷放大器；3、信号采集器；4、计算机。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种基于改进的HTT算法的旋转机械故障诊断方法及系统；
一种基于改进的HTT算法的旋转机械故障诊断方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、采集旋转机械转子振动信号；
S2、在LabVIEW平台中构建数字滤波器、小频降噪器对振动信号进行滤波、降噪处理；
S3、在LabVIEW平台中基于改进的HHT算法对振动信号进行处理得到瞬时频率、瞬时幅值；
S4、对数据进行保存并构建幅值图、频谱图和三维时频谱图。
步骤S3具体为：
S3.1、获取振动信号x(t)，令r＝x(t)，n＝0；计算x(t)的极值点并拟合上、下包络线；
S3.2、获取上、下包络的均值m(t)，并计算x(t)与包络均值的差值；
h(t)＝x(t)-m(t)；
S3.3、判断h(t)是否满足IMF的条件；判断是，c(n)＝h(t)，进入下一步骤；判断否，将x(t)＝h(t)，返回步骤S3.1；其中c(n)为模态分量；
所述IMF的条件包括：h(t)的极大值点与过0点数量相差不超过1个；h(t)的上、下包络线均值恒为0；
S3.4、原始信号减去模态分量得到剩余分量x(t)＝h(t)；
S3.5、判断剩余分量r是否单调或者标准差是否小于设定值，判断否，令x(t)＝h(t)，返回步骤S3.1；判断是，对c(n)进行Hilbert变换得到瞬时频率、瞬时幅值。
步骤S3.1中获取的振动信号x(t)的长度为原始振动信号的1.1-1.2倍
步骤S3.5中所述设定值在0.2-0.3之间。
如图2所示，为采集到的旋转机械中转子振动信号的频谱；根据上述方法对振动信号进行处理；
如图3所示，为对振动信号进行EMD分解后各个模态分量的频谱图；
如图4所示，为各模态分量进行Hilbert变换得到的频谱图；
如图5所示，为各模态分量的三围曲线图。
使用上述的一种基于改进的HTT算法的旋转机械故障诊断方法的系统，如图6所示，包括依次连接的振动传感器1、电荷放大器2、信号采集器3、计算机4，所述计算机4包括LabVIEW系统。
所述振动传感器1包括PVDF传感器，用于采集不平衡转子转动时产生的振动信号。所述信号采集器3包括PCI-625信号采集卡。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种基于改进的HTT算法的旋转机械故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集旋转机械转子振动信号；
S2、在LabVIEW平台中构建数字滤波器、小频降噪器对振动信号进行滤波、降噪处理；
S3、在LabVIEW平台中基于改进的HHT算法对振动信号进行处理得到瞬时频率、瞬时幅值；
S4、对数据进行保存并构建幅值图、频谱图和三维时频谱图。
2.根据权利要求1所述的一种基于改进的HTT算法的旋转机械故障诊断方法，其特征在于，步骤S3具体为：
S3.1、截取振动信号x(t)，令r＝x(t)，n＝0；计算x(t)的极值点并拟合上、下包络线；
S3.2、获取上、下包络的均值m(t)，并计算x(t)与包络均值的差值；
h(t)＝x(t)-m(t)；
S3.3、判断h(t)是否满足IMF的条件；判断是，c(n)＝h(t)，进入下一步骤；判断否，将x(t)＝h(t)，返回步骤S3.1；其中c(n)为模态分量；
所述IMF的条件包括：h(t)的极大值点与过0点数量相差不超过1个；h(t)的上、下包络线均值恒为0；
S3.4、计算剩余分量x(t)＝h(t)；
S3.5、判断剩余分量r是否单调或者标准差是否小于设定值，判断否，令x(t)＝h(t)，返回步骤S3.1；判断是，对c(n)进行Hilbert变换得到瞬时频率、瞬时幅值。
3.根据权利要求2所述的一种基于改进的HTT算法的旋转机械故障诊断方法，其特征在于，步骤S3.1中获取的振动信号x(t)的长度为原始振动信号的1.1-1.2倍。
4.根据权利要求2所述的一种基于改进的HTT算法的旋转机械故障诊断方法，其特征在于，步骤S3.5中所述设定值在0.2-0.3之间。
5.使用权利要求1-4所述的一种基于改进的HTT算法的旋转机械故障诊断方法的系统，其特征在于，包括依次连接的振动传感器(1)、电荷放大器(2)、信号采集器(3)、计算机(4)，所述计算机(4)包括LabVIEW系统。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述振动传感器(1)包括PVDF传感器，用于采集不平衡转子转动时产生的振动信号。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述信号采集器(3)包括PCI-625信号采集卡。
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