基于小波包变换与样本熵的滚动轴承故障诊断

作者:赵志宏,杨绍普 刊名:《振动.测试与诊断》 上传者:张舸

【摘要】针对滚动轴承振动信号的不规则性和复杂性可以反映轴承故障的发生和发展,提出一种基于小波包变换与样本熵的轴承故障诊断方法。样本熵可以较少地依赖时间序列的长度,将轴承振动信号进行3层小波包分解,利用分解得到的各个频带的样本熵值作为特征向量,利用支持向量机对轴承故障进行分类。对轴承内圈故障、滚动体故障和外圈故障3种故障及不同损伤程度的实测数据进行实验,结果表明该方法取得较高的识别率,具有一定的工程应用价值。

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第 卷 第 期 年 月 振 动 、测 试 与 诊 断 , 基于 小 波 包 变 换 与 样 本熵 的滚 动轴 承 故 障诊 断。 赵 志宏 , 杨 绍 普。 (石 家 庄 铁 道 大 学 信 息 科 学 与 技 术 学 院 石 家 庄 ,) (北 京 交 通 大 学 机 械 与 电子 控 制 工 程 学 院 北 京 ,) (石 家 庄 铁 道 大 学 校 办 石 家 庄 ,) 摘 要 针 对 滚 动 轴 承 振动 信 号 的不 规则 性 和 复 杂 性 可 以 反 映 轴 承 故 障 的发 生 和 发 展 ,提 出 一 种 基 于 小 波 包 变 换 与 样 本 熵 的轴 承故 障诊 断方 法 。样本 熵 可 以 较 少 地 依 赖 时 间 序 列 的 长 度 ,将 轴 承 振 动 信 号 进 行 层 小 波 包 分 解 ,利用 分 解 得 到 的 各 个 频 带 的 样 本 熵 值作 为 特 征 向 量 ,利 用 支 持 向量 机 对 轴 承故 障进 行 分 类 。对 轴 承 内 圈故 障 、滚 动 体故 障 和 外 圈 故 障 种 故 障 及 不 同 损 伤 程度 的 实 测 数 据 进 行 实 验 ,结 果 表 明该 方 法 取 得 较 高 的识 别 率 ,具 有 一 定 的 工 程 应 用 价 值 。 关 键 词 小 波 包 变 换 ;样 本 熵 ;故 障 诊 断 ;支 持 向量 机 中 图 分 类 号 引 言 有 滚 动轴 承 的旋 转 机械 中,约 有 机械 故 障 都 是 由滚 动 轴 承 引起 的,因此 滚 动 轴 承故 障诊 断 一 直是 研究 的热点 问题 。当轴 承存 在故 障 时 ,表 现 出非 线性 、非 平稳 特征 。对 于非平稳 信 号 ,传 统 的 时 域 和频 域 方 法仅 在 时 域或 频 域 内进 行 ,存 在 一定 的局 限性 。时频 分析 方法 是在 时 、频 域 内对信号 进行 分 析 处理 ,能更 好地 反 映信号 的本质 特征 。小波 变换 是 一 种 信号 的时 间 尺度 分 析方 法 ,具 有 多分 辨 率 的 特 点 ,且 在 时 、频 域 都 具 有 表 征 信 号 局 部 特 征 的 能 力 。小 波包 变换 是基 于 小波变 换 的进 一 步发展 ,能 够 提供 比小 波 变换更 高 的分辨 率 。小波包 分解 与小 波 分解 相 比 ,是 一种更 精 细 的分 解方 法 ,它 不仅 对信 号 的低 频 部 分进 行 分解 ,还 对 信 号 的高 频 部分 进 行 分 解 。当故 障发 生 时 ,信 号 的不 规则 性和 复杂 性可 以反 映 故 障 的发 生 和 发 展 。度量 信 号 复 杂 性 的 方 法 有 复 杂 度引、近 似 熵 和 样 本 熵 等 。 等 将 近似 熵 (,简称 )用 于轴 承状 态监 测取 得 了较好 的效 果 。样本 熵 ( ,简称 )为 近似熵 的改 进算 法 ,它 的 优 越性 在 于 可 以较 少地 依 赖 时 间序 列 长 度 ,广 泛 用 于生 理信 号 处理 。 笔者 提 出一 种基 于小波包 变换 与样 本熵 的轴 承 故 障诊 断方法 。首 先 ,将 轴承 振动 信号 进行小 波包 分 解 ;然 后 ,计 算 各 频段 的样 本熵 的值 ,利 用各 频 段 样 本 熵 的值 作 为特 征 向 量 ,通 过 分 析 多个 频 段样 本 熵 值 的变化 来 判断 轴 承

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