高阶累积量分析理论及其在机械传动系统损伤检测中的应用

１ 高 阶 累积 量 和 累 积量 谱
１ １ 高阶 累积量 ．
（ ｒ ｐ ｃｒｍ） 。 ｋ＝ ２ ３ ４时 ，５ 式 分别简化 Ｔ ｉ ｅｔｕ 等 取 ｓ ，， （）
为功率 谱 、 谱和 三谱公 式 ， 双 即双谱 表示为
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２００ ８年 ４月
西 北 工 业 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｒｈ ｓｅｎ Ｐ ｌｔ ｃ ｎｃ ｌＵｎｖ ｒｉ ｏ ｒ ａ ｆＮｏ ｔ ｗｅｔｒ ｏｙ ｅ ｈ ｉａ ｉｅ ｓｔ ｙ
Ａｐ ． ｒ
２０ ８ ０
第 ２卷 第 ２ ６ 期
理技 术 ， 以及 在 处理 随机信 号 非线性 特性 时独特 的功 能 ； 究 了基 于高阶 累积 量方 法的振 动信 号分 研
１
析处理技术， 即双谱分析、 寺维谱分析以及双相干谱分析方法， １ 分析了各 自特点以及它们的估计
算法 ； 此基础上 ， 其 引入 到机 械传 动齿轮 系统的故 障诊 断分 析之 中，对 系统 的故 障特征 进行 了 在 将
在 该学科 中诊 断 方法 是 最 为 活跃 的研 究领 域 ， 在 而 诊 断方法 中最 关键 的 问题 是故 障特征提 取机 理 的研
可 以提取信 号 间 的耦 合 特性 和检测 系统 的非线性 特 性 ， 且对 高斯 噪声 不敏 感 ， 并 可弃 除外加干 扰噪声 的
影响 ， 理论 上可 以完 全消 除噪声 的影 响 ， 高分析 和 提 辨识 精度 ， 以给机 械 系 统 的 动力 特性 辨识 和故 障 所 识 别 与诊 断 提供一 种 可靠 的分 析方传 动 系统 进 行实 际 测试 ，
拾取 减速 器 齿轮 故 障 振 动信 号 ， 置 了裂 纹 和磨损 设 ２种故 障类 型 ， 过 对 轮 齿 裂纹 和齿 面磨 损 ２种 故 通
障情况 下减 速器 系统 齿轮振 动信 号进 行拾取 及对 比 分 析 和研 究 ］并 采 用 现 代信 号 处 理 新理 论 高 阶 累 ，
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报
第２ ６卷
效 方法 。
（ ｏｙｐ ｃｒ ｍ） 通 常 ｋ阶谱 对 应 于 （ Ｐ ｌｓ ｅｔｕ ， 一 １ 谱 ， ） 即
三 阶谱 对 应 双 谱 （ ｉ ｅ ｔ ｍ） 四阶谱 对应 于 三谱 Ｂ ｓ ｃｒ ｐ ｕ ，
提 取并对故 障类 型进行 了区分 ； 不 同大小和 不 同类 型故 障的传 动 系统进行 实验 测试 ， 用 高阶 累 对 采
积 量进行特 征提 取识 别 ， 对 高阶 累积 量理 论 实际应 用效果做 了分析评 价 ， 明这是 一种较 理想有 并 表
前 途的有 效方法 。
关
键
词： 齿轮 ， 高阶 累积 量 ， 障检 测 与诊 断 ， 故 谱 文献 标识 码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ０２ ５ （ ０ ８ ０ —２ ９０ １ ０ —７ ８ ２ ０ ） ２０ ５ —６
Ｖ ｏ ．２ １ ６ Ｎｏ．２
高 阶 累积 量 分 析 理论 及 其在 机 械传 动 系 统 损 伤 检 测 中 的 应 用
邵 忍平 ，黄 欣 娜 ，刘 宏 昱 ，胡 军辉
（ 北 工业 大 学 机 电学 院 ， 西 西 安 ７ ０ ７ ） 西 陕 １ ０ ２
摘
要 ： 中详 细讨论 了高阶 累积量 方 法的特点 和性质 ， 文 分析 了基 于高阶 累积量 理论 的相 关信号 处
究， 即采取何 种方法 、 提取 何种 敏感 信号 来提 高识 别
精度 ， 以便最 有效地 进行 实时监 测 与诊 断 ， 将是 现代
故障 诊断与监 控 的关 键 。 ］ 在机 械故 障诊 断方 法 中 ， 振动 信号分 析 方法 是 通 用 的诊 断 方法 ， 中功 率谱 其 分析 （ 阶统 计量 ） 用 最 为广 泛 ， 给 出信 号 不 同 二 应 它 频率成 分下 的能量 分 布情 况 ，当机 械 设备 产生 故 障 时， 频谱 能量 的分布情 况将 发 生改 变 ， 以此来 诊断机 械系统 的故 障 。 然而 ， 功率谱 分 析 的一个最 大缺 陷是 它不包 含频 率成 份 间 的相 位 信 息 ， 常也 无 法 处理 通 非 最小相位 系统 和非 高斯信 号 与非线 性信 号 。 高 阶 累积量 （ ｇ ｅ ｄ ｒ ｕ ｌｎｓ （ Ｈｉｈ ｒ Ｏｒ ｅ ｍｕａ ｔ） ＨＯＣ） Ｃ
积量 提取 故 障特 征 ， 系 统不 同类 型 和不 同大 小 的 对
故 障进 行 了 区分 ， 而 对 高 阶 累积 量理 论实 际应 用 从 效 果做 了研 究 ， 明这 是一 种 较 理想 有 前途 的新方 表 法 ， 为机械 系统 的故 障识 别与诊 断 提供 了一 种有 这
技 术是 近年 来迅 速 发展 起 来 的新 技 术 ， 为 处理 非 作
中图分类号 ： ＴＨ１ ３ １ １ ．
机 械故 障诊 断 的研 究 已 经取 得 了 可喜 的成果 ，
高斯 信号 、 非线 性信 号 以及 盲信 号 的重要 工具 而受
到 日益 重视 ［ 。 有许 多优 点 ， ６ 它 ｑ］ 其最 独特 的优点是
但仍 是 目前研 究 的活跃 领 域 和综 合 研 究 学 科 ［ ， １ 叫］
收稿 日期 ：０ ７０ — ３ ２０ —３２
基金项 目： 国家 自然科学基金 （０ ７ １ ７ 、 空科学基 金 （１５０ ３ 、 ５ ５ ５８ ）航 ０１３ ７ ） 陕西 省 自然科学 基金 （０ ４ １ ） ２ ０Ｅ２９ 以及西北工业
大学研究生创业种子基金 （２０２） Ｚ ０ ５４ 资助
作者简介 ； 邵忍平（ ９２ ， １ ６ ～） 西北工业大学副教授 ， 南京航空航 天大 学博士后 ， 主要从事机械 动力 学、 振动 噪声与控制 、 动态信号处理 与识别及智能计算检测与诊断等方 面研究 。