【轴承故障检测】滚动轴承中进行基于振动的故障诊断研究(Matlab代码实现)

news2024/12/23 22:48:00

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目录

💥1 概述

📚2 运行结果

🎉3 参考文献

🌈4 Matlab代码实现


💥1 概述

滚动轴承故障检测方法一般包括温度分析、油液分析以及振动信号检测等,通过不同的传感器的信号表现形式可以从不同角度分析轴承故障,通过多种方法的结合运用可以更加准确地判断轴承
故障。

本文可用于在匀速运行的滚动轴承中进行基于振动的故障诊断。
这是一个三步程序:(i)倒谱预白化:
减少其他周期性来源(如齿轮)的贡献。
(ii) 带通滤波:提高信噪比,特别是当对系统共振执行时 (iii) 平方包络频谱:允许检测
(伪)循环稳态贡献,其特征是在特定循环频率下具有大分量
此功能与一个简单的演示一起提供,并且与倍频程完全兼容。

📚2 运行结果

 

 部分代码:

function [xSES,alpha,th] = SES(x,fs,bpf,plotFlag,p,cpswFlag)
%% Estimation of the Squared Envelope Spectrum
%     this function can be used for detecting bearing faults under constant
%     working speed
%
% INPUTS
%    x = input signal
%    fs = sampling frequency
%    bpf = band-pass filter frequencies, use a vector as [f lower, f higher]
%       put and empty vector if band-pass filtering is not needed
%        bearing fault detection can be improved if performed in a frequency band
%        wher the SNR is high (typically about a system resonance)
%    plotFlag = display the SES, 0 -> no (default), 1 -> yes 
%    p = threshold significance level, default p = .999 (99.9%)
%    cpswFlag = cesptrum pre-whitening, 0 -> no (default), 1 -> yes 
%        bearing fault detection is affected by periodic contribution due to
%        external sources such as gears. This effect can be reduced by whitening
%        the signal before SES
%
% OUTPUTS
%    SES = squared envelope spectrum
%    alpha = cyclic frequencies
%    th = threshold
%
% REF: Borghesani P. et al, Application of cepstrum pre-whitening for the diagnosis of bearing
%    faults under variable speed conditions, MSSP, 2013.
%
% M. Buzzoni
% May 2019

if nargin < 4
  plotFlag = 0;
  p = .999;
  cpswFlag = 0;
end
if nargin < 5
  p = .999;
  cpswFlag = 0;
end
if nargin < 6
  cpswFlag = 0;
end

L = length(x);
k = (0:L-1);

% cepstrum pre-whitening
if cpswFlag == 1;
  x = real(ifft(fft(x) ./ abs(fft(x))));
end

% band-pass filtering and ses estimation
if isempty(bpf)
  l = 1
  h = floor(L/2)+1;
  wfilt = zeros(size(x)); wfilt(l:h) = 1;
  xf = ifft(2 .* fft(x) .* wfilt); % filtered analytic signal  
else
  l = floor(bpf(1)*L/fs); % lower freq. index
  h = floor(bpf(2)*L/fs); % higher freq. index
  wfilt = zeros(size(x)); wfilt(l:h) = 1;
  xf = ifft(2 .* fft(x) .* wfilt); % filtered analytic signal
end
ENV = abs(xf).^2; % squared envelope
xSES = abs(1/L .* fft( ENV )) .^ 2; % squared envelope spectrum

% threshold
S0 = (h - l - k) ./ (2 * (h - l)^2 ) .* (mean(abs(xf).^2)).^2;
th = chi2inv(p,2) .* S0;

% keep only meaningful cyclic frequencies
alpha = k .* fs ./ L; % cyclic frequencies vector
alpha = alpha(1:h - l);
xSES = xSES(1:h - l); xSES(1) = 0; % put to zero the DC-term of SES in order to 
th = th(1:h - l);                  % improve its visualization 
if plotFlag == 1
% display results
  tt = k ./ fs; % time vector
  figure
  subplot(211)
  plot(tt,ENV,'k')
  title('squared envelope')
  xlabel('time (s)')
  box off
  subplot(212)
  plot(alpha,xSES,'k')
  title('squared envelope spectrum')
  hold on, plot(alpha,th,'r')
  legend('SES',[num2str(p .* 100) '% threhsold'  ])
  xlabel('cyclic frequency (Hz)')
  box off
end

🎉3 参考文献

部分理论来源于网络,如有侵权请联系删除。

[1]刁宁昆. 滚动轴承故障检测的无监督学习方法研究[D].石家庄铁道大学,2022.DOI:10.27334/d.cnki.gstdy.2022.000368.

[2]Borghesani P. et al, Application of cepstrum pre-whitening for the diagnosis of bearing faults under variable speed conditions, MSSP, 2013.

🌈4 Matlab代码实现

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