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2.3 健康状态诊断中的特征参数提取 |
对于滚动轴承某一具体的故障类型，我们关心的问题有以下两个：
（1）这种故障通过哪些物理参数可以表现出来；
（2）故障与各物理参数间的关系强度如何。
对于第一个问题，只要滚动轴承的状态发生了变化，就必定会引起与之相联系的各物理参数的变化；而第二个问题是我们最感兴趣的问题，因为只有那些与故障类型之间的关系密切、反应灵敏可靠的参数才是最有用的，而这些参数才是我们要选择作为诊断模型输入的特征参数。实践表明，选取故障特征参数应遵循以下几条基本原则 [17] 。
（1）高度敏感性：状态的微小变化也会引起故障特征参数的较大变化。
（2）高度可靠性：故障特征参数应是滚动轴承状态的某个单值函数。
（3）可实现性：滚动轴承的故障特征参数应是便于检测的。
可以把时域参数 [18、19] 分为有量纲和无量纲两种类型 [20] 。利用有量纲特征参数诊断滚动轴承故障有一个很大的缺点，即它依赖历史数据并对载荷和转速等的变化比较敏感。而无量纲参数指标基本上不受载荷和转速等因素的影响，无须考虑相对标准值或与以前的数据进行对比；另外，它不受信号绝对水平的影响。
1 .有量纲参数
在滚动轴承的健康状态诊断中，常用的有量纲参数指标有峰值和均方根值。设振动信号为{x i }，i=1，2，…，N，其中N为采样点数。
式中，{X pi }为从{x i }的N个值中找到的n个峰值。
有量纲参数指标与轴承的运行状态密切相关，容易受到转速、载荷等条件的影响。在上述的有量纲参数指标中，一般只有峰值、均方根值才会直接用于分析故障情况。式（2.10）主要用于计算无量纲指标，而不作为故障分析的参数使用。
2 .无量纲参数
与有量纲参数不同，无量纲参数指标克服了对转速和载荷等变化过于敏感的缺点。
无量纲参数指标对轴承故障的诊断有效，受轴承尺寸、载荷和转速等因素的影响较小，无须比较前面的参数值或考虑相对标准值。此外它们受信号绝对值大小的影响很小，故稍微变动测点位置，不会严重影响诊断结果。
信号的功率谱表明了信号能量随频率的变化情况。一方面，如果功率谱主能量的谱峰位置发生了改变，则表明信号中各频率成分能量也发生了改变；另一方面，如果功率谱上能量分布比较集中，表明信号中的频率成分较少，反之亦然。因此，通过对信号谱能量的分散程度及功率谱主频带的位置变化的描述，可以反映信号频率特征的变化 [21～24] 。
其中，S（f i ）为信号的功率谱。