基于稀疏信号分解的自适应时变滤波器及其在齿轮故障诊断中的应用

摘要

提出一种新的自适应时变滤波器设计方法,并将其应用于变速齿轮箱齿轮故障诊断中。齿轮箱振动信号频率成分复杂,特别是多级变速齿轮箱,存在多个啮合频率,而齿轮箱齿轮故障诊断的核心是获取啮合频率的调制状态。在非平稳转速下,如何从复杂振动信号中提取包络调制信号是齿轮箱故障诊断需要解决的关键问题。基于多尺度线调频基(Multi-scale chirplet)的稀疏信号分解方法可以有效地提取频率呈曲线变化的信号分量,适合于载波频率的提取,以该载波频率为滤波器的中心频率,转频的倍频为滤波带宽,设计滤波中心频率曲线变化的自适应时变滤波器,可以有效地将多个包络调制信号分别提取出来,进而可以对变速多级齿轮箱齿轮进行故障诊断。提出的自适应滤波器可以根据信号本身的特点自动改变滤波中心频率和滤波带宽,对信号进行滤波,保留信号的有用频率成分,抑制无用成分。仿真算例和应用实例说明了方法的有效性。