[发明专利]一种基于最优加权包络谱的旋转机械特征频率增强提取方法

权利要求书

1.一种基于最优加权包络谱的旋转机械特征频率增强提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采集旋转机械的振动或噪声数据作为监测信号，计算监测信号的谱相关函数；

(2)对谱相关函数进行归一化得到谱相干函数，构建增强包络谱；

(3)根据旋转机械的先验信息和诊断任务以及增强包络谱的特征信息，确定基础调制频率；

(4)在零调制频率和基础调制频率处对谱相关函数进行切片处理，并根据切片结果估计载噪比；

(5)给出加权谱相关函数的定义，从中构造基础调制频率及其谐波成分的循环平稳度量函数，将其视为目标函数；

(6)将载噪比当作初始加权函数，设置最优加权函数的搜索空间，利用布谷鸟优化算法搜索得到使目标函数最大的最优加权函数；

(7)利用最优加权函数对谱相关函数进行加权化处理，计算得到最优加权谱相关；

(8)将最优加权谱相关沿着谱频率轴进行积分，得到最优加权包络谱。

2.根据权利要求1所述的基于最优加权包络谱的旋转机械特征频率增强提取方法，其特征在于，步骤(1)中，计算监测信号的谱相关函数具体过程为：

(1-1)计算监测信号x(t)的两个窄带滤波信号x_Δf(t；f₁)和x_Δf(t；f₂)之间的相关系数corr_x(f₁，f₂)，计算公式如下：

式中，t代表时间，f代表频率，f₁≥f₂，e为自然常数，j为虚数符号，*为共轭符号，-T/2和T/2为时间下限和时间上限，Δf代表窄带滤波信号的滤波范围大小，x_Δf(t；f₁)和x_Δf(t；f₂)分别代表以(f₁-Δf/2，f₁+Δf/2)和(f₂-Δf/2，f₂+Δf/2)为带通范围的窄带滤波时域信号；

(1-2)假设f＝(f₁+f₂)/2，α＝f₁-f₂，则能获取监测信号的谱相关函数，其计算公式如下：

式中，S_x(α，f)为谱相关函数，α为调制频率，f为载波频率。

3.根据权利要求2所述的基于最优加权包络谱的旋转机械特征频率增强提取方法，其特征在于，步骤(2)的具体过程为：

(2-1)对监测信号的谱相关函数进行归一化，得到监测信号的谱相干函数γ_x(α，f)，计算公式如下：

式中，代表谱相关函数调制频率为零时的结果，即有

(2-2)将谱相干函数沿着载波频率轴方向进行积分，从而计算得到监测信号的增强包络谱EES_x(α)，计算公式如下：

式中，f₁和f₂为载波频率积分的下限和上限，其默认取值为0和F_s/2，F_s为监测信号的采样频率。

4.根据权利要求3所述的基于最优加权包络谱的旋转机械特征频率增强提取方法，其特征在于，步骤(3)的具体过程为：

(3-1)根据先验信息确定旋转机械待诊断的故障部件，再根据对应的故障机理确定理论上的基础调制频率α_B-T；

(3-2)因为增强包络谱调制频率的取值均为调制频率分辨率Δα的整数倍，因此从增强包络谱EES_x(α)中获取与理论上的旋转机械基础调制频率α_B-T最接近的调制频率值α_opt＝MΔα，M为某一正整数；

(3-3)将调制频率范围[α_opt-NΔα，α_opt+NΔα]确定为基础调制频率的备选范围，N取值为正整数；从备选范围中选出增强包络谱幅值取到最大值时对应的调制频率，将其确定为基础调制频率α_B。