第5期 路俏俏等：改进的谱相关分析方法及其在故障诊断中的应用 ,677· 1.3峭度能量的谱相关分析方法 (3)利用以上因子进行加权处理后得到 由于滚动轴承出现故障时所产生的信号具有 S'(α，f),将调制能力较弱的循环频率的高倍频予 周期性冲击特征，故在频谱中会包含多倍频谐波成 以消除或减弱， 分，具有较宽的频域特征.因此传统的谱相关分析 中，循环频率反映的解调结果将存在较多的干扰成 S'(a,f)=KA'(a)x S(a,f). (12) 分.针对此多倍频谐波频率干扰的问题，为有效提 取调制信息，在谱相关分析中引入峭度加权的思想. (4)对S(a,f)沿a轴方向进行能量累计得到 峭度是幅值的四阶矩，对幅值较大的信号较敏感 起到能量放大作用.垂直于α轴进行切片处理，对 sA'(a)=∑S'(a.f). (13) 每个切片信号分别计算峭度值，峭度越大，赋予的 权重越大，则可以有效突现出该切片所对应的循环 频率α的调制能力大小.因此，提出了基于峭度能 2 仿真信号分析 量的谱相关方法，用于提取传统的谱相关分析方法 中被淹没的调制频率成分.在此基础上将改进的谱 为验证方法的有效性，仿真一组具有外圈故障 相关分析沿α轴方向进行能量累积，得到信号的解 的滚动轴承信号.其中，故障频率8Hz,载波频率 调谱，从而达到故障诊断的目的 200Hz,信号采样频率为1024Hz,在原始信号基础 改进的谱相关分析方法具体流程框图如图3所 上添加高斯白噪声后进行分析，其时频域图如图4 示，其实现过程如下 所示，传统的谱相关分析和改进的谱相关分析结果 输入信号 如图5和图6所示. 原始信号 i计算谱相关函数Saf) 计算峭度谱相关函数Sa,f) -0001A010M0011 √计算垂直于a轴的峭度KA(a) 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 √KA(a}归一化，得KA《a) t/s √计算S(af)=S(a,f)×KA(n) 添加噪声信号 2M小w.pwuwbwwclr 计算S(a,)沿a轴的能量累积SA(a) 2e 0.5 1.0 1.5 2.0 2.53.0 t/s 寻找SA(a)较大值对应的循环频率 添加噪声信号频谱 0.3 0.2 与故障频率对应 M 0.1h 否 0 100 200 300 400 500 f/Hz 是 判断故障 无放障 图4仿真信号时域频域图 图3峭度加权的谱相关分析方法流程图 Fig.4 Simulation signals in the time domain and frequency Fig.3 Flow chart of the CSDK method domain (1)对待分析信号计算谱相关函数S(α，f)后， 1X:200 垂直于α轴进行切片，然后计算各循环频率切片的 -:8 0.08 Z.0.09112 峭度值 0.06+ KA(a)=mean{IS(a,j月} (10) 0.04 002 (2)对所有的峭度值进行归一化处理，得到反 映调制频率调制能力的加权因子KA'(α).该因子 60 40 400500 越大，则原信号中该频率的调制作用越强；反之， 20 300 100 200 调制作用较弱. a/Hz 00 f/Hz KA(a)-minKA(a刃 图5仿真信号的传统谱相关分析图 KA'(a)= (11) max [KA(a】-min KA(a】 Fig.5 CSD result of the simulation signal第 期 路俏俏等 改进的谱相关分析方法及其在故障诊断中的应用 · · 利 用 以 上 因 子 进 行 加 权 处 理 后 得 到 ‚将调制能力较弱 的循环频率 的高倍频 予 峭度能量的谱相关分析方法 」八子﹄、 由于滚动轴 承 出现故障 时所产生 的信号具有 周期性冲击特征 ‚故在频谱中会包含多倍频谐波成 分 ‚具有较宽的频域特征 因此传统的谱相关分析 中‚循环频率反映的解调结果将存在较多的干扰成 分 针对此 多倍频谐波频率干扰 的问题 ‚为有效提 取调制信息‚在谱相关分析中引入峭度加权的思想 峭度 是幅值 的四阶矩 ‚对幅值较大的信号较敏感 ‚ 起到能量放大作用 垂直于 轴进行切片处理 ‚对 每个切片信 号分别计算峭度值 ‚峭度越大 ‚赋予的 权重越大 ‚则可 以有效突现 出该切片所对应的循环 频率 。的调制能力大小 因此 ‚提 出了基于峭度能 量 的谱相关方法 ‚用于提取传统的谱相关分析方法 中被淹没 的调制频率成分 在此基础上将改进 的谱 相关分析沿 轴方 向进行能量累积 ‚得到信 号的解 调谱 ‚从而达到故障诊断的 目的 改进 的谱相关分析方法具体流程框图如图 所 示 ‚其实现过程如下 以消除或减弱 ‚〔、‚ ‚。 。‚ 对 夕 ‚厂 沿 轴方向进行能量累计得到 ‘。一艺 ’ · 输人信号 仿真信号分析 为验证方法的有效性 ‚仿真一组具有外圈故障 的滚动轴承信号 其 中‚故障频率 ‚载波频率 ‚信号采样频率为 ‚在原始信号基础 上添加高斯 白噪声后进行分析 ‚其时频域图如图 所示‚传统的谱相关分析和改进 的谱相关分析结果 如 图 和图 所示 原始信号 计算 李擎相关函数‘‘、 计算峭度 普相关函数’汰 训 计算垂直于。轴的峭度 司 了 。、 一化‚得 ‘。 训计算 ‚。、 。、‚、丈 ‘。 日目日目目目侧目目目目日日目日目目目目日日目日 门门门门门门门门门口口口门门门门门门门门门门门 添加噪声信号 卜算 ‘ 李子乍。轴的能员累积 。、 不找 司较大值对应的循环频率嘶 添加噪声信号频谱 。‘与故障频率对应 卜 喇让斯 ‚ 《 卜 。 。 ‘ … 」川 上 月‘」卜 卜 口尸 一 币一 下 、湘 广 一注 了 们牛丫苗 丫 甘 工 角 节 一 丫「 二 二」 图 仿真信号时域频域 图 图 判断故障 夕 交 无故障 峭度加权的谱相关分析方法流程 图 对待分析信号计算谱相关函数 ‚ 后 ‚ 垂直于 轴进行切片‚然后计算各循环频率切片的 峭度值 。 一 ‚厂 对所有的峭度值进行归一化处理 ‚得到反 映调制频率调制能力的加权 因子 ‘ 该 因子 越大 ‚则原信号中该频率 的调制作用越强 反之 ‚ 调制作用较弱 · 峨 ‘ 一 【 ‘ 【 〔‚卜 ‘ 图 仿真信号的传统谱相关分析 图