一种基于迭代搜索的走行部振动信号解调方法

本发明涉及轨道交通，尤其涉及一种基于迭代搜索的走行部振动信号解调方法。

背景技术：

1、随着社会节奏的加快，人们在交通工具的选择上更加偏向于城市轨道交通，从而躲避拥堵，提高通勤效率。地铁是城市轨道交通中最为重要的一环，在城轨交通飞速发展的同时，列车运行安全也逐渐被主机厂、地铁运营公司重视。列车走行部作为涉及列车运行安全的部件，机械构成主要有构架、悬挂、轴箱、齿轮箱、电机等。因此，走行部组件的状态成为列车维护的主要对象。

2、在自动化、信息化的大趋势下，走行部的运维方式从磁探伤、超声波探伤等线下检修转变为以振动信号为主要信号源的车载故障诊断系统。该系统能够将走行部的机械健康状态实时地呈现给运维人员，能够在故障早期做出相应措施，避免严重故障的发生。

3、走行部故障检测的主要过程包括：振动信号的采集、振动信号的预处理、信号滤波、特征提取、故障特征识别。由于走行部运行环境较为恶劣，振动信号的处理常在频域下进行。冲击信号频域范围是全频段的，因此在工程中常通过信号解调的方法进行振动信号的处理。信号解调作为信号去噪方法的一种也称为包络频谱检波，通过选择故障信息最为丰富的频带进行信号的解调，能够有效抑制频带外噪声的干扰，增强故障特征。

4、目前工程上广泛使用共振解调的方法，即选择机械部件共振频率附近的频带作为最优解调频带进行带通滤波。通常，共振频带的选取是通过反复试验，根据历史数据及经验来确定。但在走行部复杂的振动环境下共振频带并不恒定，目标故障的共振频带会随着传感器结构、机械故障程度的变化而迁移。另外，走行部轴箱的振动信号往往具有多个共振峰，不同的共振频带包含了不同特征的主导信息。

5、因此，设计一种基于迭代搜索的走行部振动信号解调方法成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于迭代搜索的走行部振动信号解调方法。

2、本发明是通过以下技术方案予以实现：一种基于迭代搜索的走行部振动信号解调方法，包括以下步骤：

3、s1：通过复合传感器采集走行部振动加速度信号的数据；

4、s2：根据s1中收集的数据，通过宽频带迭代滤波法，计算循环分量的占比rcc，并筛选有效子频带；

5、s3：迭代s2中有效子频带的中心频率；

6、s4：利用val指标选取s3中中心频率对应的最优频频带；

7、s5：根据s4中的最优频带进行带通滤波包络解调并输出全局最优中心频率。

8、根据上述技术方案，优选地，s2具体包括：

9、s21：根据s1中复合传感器的采样频率fs估计初始化带宽bw以及步长step，通过步长与带宽滑动滤波将原信号分成m个子频带，各子频带中心频率为fcinit(i)，其中i＝1，2，3，…，m；

10、其中，fcinit(i)满足：

11、m满足：

12、s22：对m个子频带求rcc值，以rcc均值为阈值筛选出故障信息含量较高的频带，随后将连续的子频带归为一组，定义各组max(rcc)对应的频带以及左右相邻的频带作为有效子频带，共计n组有效子频带[fleft(i1)，fright(i1)]，其中i1＝1，2，3，...，n；

13、rcc被定义为：

14、其中，ses为当前频带的平方包络谱，p，q为循环分量的频率范围，l，h为滤波频带的上下边界。

15、根据上述技术方案，优选地，s3具体包括：

16、s31：利用三分法对n组有效子频带进行中心频率迭代计算，每次迭代将频带均分为三组分别为[fleft，fmid1]、[fmid1，fmid2]以及[fmid2，fright]，并对原信号进行带通滤波，计算对应的判断条件rccleft以及rccright；

17、其中

18、s32：通过比较将有效子频带区间缩窄到[fleft，fmid2]或者[fmid1，fright]，如果则令fleft＝fmid，否则令fright＝fmid，并覆盖[fleft，fright]，完成一次迭代；

19、s33：设定迭代终止条件t、δf，若不满足终止条件，则返回s31执行下一次循环，若满足终止条件，则输出子频带的中心频率fopt(i)；

20、其中

21、

22、t为左右区间rcc的差值，δf为频带间隔宽度。

23、根据上述技术方案，优选地，s4具体包括：

24、s41：对n1组中心频率fopt(i)对应的有效频带进行带通滤波，计算清晰度指标va1(i)，其中i＝1，2，3，…，n1，；

25、s42：筛选出maxrval)对应的fopt作为最优中心频率；

26、评估故障特征清晰度的val指标，取代了窄带滤波后的子频带包络谱峭度；

27、|f-f|/f≤ε

28、

29、其中，f为子频带范围内包络谱幅值最大点对应的频率，f为目标故障特征频率，通过计算误差率确定有效子频带；pn为以目标故障特征频率及三次谐波对应的幅值a(n)与次大幅值b(n)的比值；val为各目标频率比值的求和，用以描述包络谱目标故障特征频率的清晰程度；若p1小于设置的阈值c，表明特征谱线不清晰，val赋值为零并进入下组子频带迭代运算。

30、本发明的有益效果是：本发明能够在走行部复杂振动环境下计算出目标故障特征频率所在的最优频带并进行包络解调，从而实现在循环脉冲等随机强干扰下早期故障的检测，降低误判的风险，同时提高运算效率，提高鲁棒性，减少车载设备计算资源的占用，相比窄带滤波类具有更高的计算效率。

技术特征：

1.一种基于迭代搜索的走行部振动信号解调方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于迭代搜索的走行部振动信号解调方法，其特征在于，所述s2具体包括：

3.根据权利要求2所述的一种基于迭代搜索的走行部振动信号解调方法，其特征在于，所述s3具体包括：

4.根据权利要求3所述的一种基于迭代搜索的走行部振动信号解调方法，其特征在于，所述s4具体包括：

技术总结
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其是一种基于迭代搜索的走行部振动信号解调方法，包括以下步骤：通过复合传感器采集走行部振动加速度信号的数据；根据收集的数据，通过宽频带迭代滤波法，计算循环分量的占比RCC，并筛选有效子频带；迭代计算有效子频带的中心频率；利用Val指标选取出最优中心频率对应的最优频带；根据最优频带进行带通滤波包络解调。本发明能够在走行部复杂振动环境中计算出目标故障特征频率所在的最优频带并进行包络解调，从而实现在循环脉冲等随机强干扰情况下早期故障的检测，降低误判的风险，同时提高运算效率，提高鲁棒性，减少车载设备计算资源的占用，相比窄带滤波类具有更高的计算效率。

技术研发人员：刘全利,贾熙,王伟
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14