一种轴承运行状态的主元分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于轴承的性能测试应用领域，具体涉及一种轴承运行状态的主元分析方 法。
【背景技术】
[0002] 当前，振动信号分析方法已被广泛应用于机械设备故障诊断，特别是药用机械设 备，轴承是关键部件之一，属于不可损伤部件。从振动信号提取时域、频域和时频域的特征 参数也已经被广泛使用，但是多个特征参数的相关性往往又造成分析的困难。实验室轴承 故障诊断均以单一故障监控为主，而实际情况是，轴承发生故障是由磨损、损伤或剥落等故 障状态共同作用结果，区别在于各故障状态对最终结果所占比例不同而已。
[0003] 主元分析（Principal Component Analysis, PCA)方法通过变量变换法把相关变 量变为少数不相关的主分量来概括原来多个参数的特征，实现了多诊断参数的融合。滚动 轴承运行过程属于时变、动态的过程，而采用静态PCA模型显然无法有效监控时变的过程 状态。因此更新PCA模型自适应过程状态是很有必要的。另外考虑到振动数据采集时间间 隔短，样本序列之间存在时序相关性。综上所述，本专利将动态主元分析方法应用于滚动轴 承运行的过程监控领域。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种轴承运行状态的动态主元分析方法。
[0005] 为解决上述问题，发明采用的技术方案包括滚动轴承，滚动轴承上安装加速度传 感器，用于采集滚动轴承运转振动信号，该振动信号为模拟信号，通过采集卡进行数模转换 为数字信号，即离散信号，再传输至上位机进行数据处理，数据处理过程包括以下步骤： 1)所述上位机接收到一组离散信号为= 1(1),…，采样点数为W，t表示 当前时刻，.
【主权项】
1. 一种轴承运行状态的主元分析方法，包括滚动轴承，所述滚动轴承上安装加速度传 感器，用于采集滚动轴承运转振动信号，该振动信号为模拟信号，通过采集卡进行数模转换 为数字信号，即离散信号，再传输至上位机进行数据处理，数据处理过程包括以下步骤： 1)所述上位机接收到一组离散信号为，采样点数为JV，t表示 当前时刻，Ji=丨波形指标S、峰值指标C脉冲指标I,峭度指标Klf,裕度指标Ci]为原始 监测量，相应得到Ji =?, .?, Z3，Z4， 2 )在当前t时刻下对z采集》行，形成π X 5矩阵，为了适用动态系统的变化过 程，不仅采集t时刻，而且采集ft l、t + 2时刻的ΛΓ矩阵，合并形成Af X 15矩阵，为 Fti - ?us' 3. z = [X(i)f.kXt ^ l),Z(t ^ 2)] = i 、 ' ，对该矩阵进行标准化，既 lanl …α?15- = ，标准化后数据、矩阵仍用％表示，其中A = 为每列的均值， Sj2 = 为每列的方差(i = i,…,和 J- = us); 4) 然后求X的协方差矩阵，Ji =对Jf) = (w- f)，E为求协方差的符号，接着求 R的特征值和特征向量，因 Λ是15阶实对称方阵，所以它的15个特征根都是实数，将其从大 到小降序排列为之J2 2…之A15 ; 5) 令P = [Ρ Ρ]，设主元个数为k个，对应的特征向量F = [Ρ:,…,Pk]，剩余15-fc个特征值 对应着的特征向量为P = DU:,…為<5]，则数据矩阵X可分解为：x = R f]F flT = i + I， 其中1为残差矩阵，这样将测量空间分解为主元子空间（Principal Component Subspace， PCS)!和残差子空间（Residual Subspace，RS) X ; 6) 确定主元个数，即确定If，计算= Σ^ιΛ/Σ^?^.，当1?达到阈值时t确定为主元 数，实际使用过程中fc要远少于^1 ; 7) 通过步骤1) -6)确定动态主元模型，后续按照步骤1) -2)采集第i个时刻的过程数 据向量耳，计算Tf = = XPiT1P7J^式中;^是得分矩阵Γ的第i行，为及的对角 阵，2为矩阵中的前fe个对角元素所组成的对角矩阵这； 8) 计算戶统计量的控制限U可以利用€分布按下式计算：Γα2 = ，式中 是自由度为^和顶-^?，显著水平为β的^分布临界值； 9)查看Γ/是否有超出控制限€，超出控制限说明有异常情况发生，应作进一步的检 查。
【专利摘要】本发明公开一种轴承运行状态的主元分析方法，采用的技术方案包括滚动轴承，滚动轴承上安装加速度传感器，用于采集滚动轴承运转振动信号，该振动信号为模拟信号，通过采集卡进行数模转换为数字信号，即离散信号，再传输至上位机进行数据处理，通过本发明的轴承运行状态的主元分析方法，可综合各监测量，对系统整体进行分析，有助于系统化看待每一个量，从整体角度出发，较全面对轴承运行状态进行分析。
【IPC分类】G06F19-00, G01H17-00
【公开号】CN104729678
【申请号】CN201510113827
【发明人】黄克, 周宏明, 黄旺森
【申请人】温州大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月16日