齿轮传动系统的振动信号传递路径识别方法、系统及设备

本发明涉及齿轮传动振动信号传递领域，特别是涉及一种齿轮传动系统的振动信号传递路径识别方法、系统及设备。

背景技术：

1、齿轮传动系统是应用广泛的机械动力传动形式之一，在车辆、航天、船舶等行业的设备中起着至关重要的作用，齿轮传动系统是一个多部件系统，往往受到多种振动和噪声源的激励。各部件的振动直接影响系统的安全性和稳定性，可以将这些部件看作是系统振动的目标点，为了研究这些目标输入点与响应输出点之间的振动信号传递关系，有必要对目标点和响应测点进行载荷识别和传递路径分析。

2、工况传递路径理论是在传统传递路径理论基础上改进得到的，因其相对于传统方法具有效率高、数据采集试验易于实现的特点，广泛应用于各个领域的噪声与振动传递路径分析，特别是在汽车与动车领域应用较多，在进行故障信号检测时，可以将传感器安装在主要路径所指定的轴承位置，用于减振与结构优化，这有利于故障的检测，取得更好的故障检测效果。但针对齿轮传动系统多部件复杂激励的特征，开展振动信号在系统内部的传递规律研究较少，无法精准分析出振动信号的主要传递路径，导致无法准确规划出传感器的具体位置，不利于故障检测。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种齿轮传动系统的振动信号传递路径识别方法、系统及设备，以解决无法精准分析出振动信号的主要传递路径的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种齿轮传动系统的振动信号传递路径识别方法，包括：

4、基于齿轮传动系统动力学模型，确定目标输入点、响应输出点以及所述目标输入点至所述响应输出点之间的传递路径；

5、根据所述目标输入点，所述响应输出点以及所述传递路径建立振动信号路径传递分析模型；

6、基于所述振动信号路径传递分析模型，选择所需工况进行仿真分析，在输入源施加输入信号；所述输入信号为信号源的振动信号；所述振动信号为振动位移信号；

7、对所述输入信号进行改造，生成改造后的输入信号；

8、根据所述改造后的输入信号和采集的各个轴承处的输出信号计算所述目标输入点到响应输出点的路径传递率函数矩阵；

9、根据所述改造后的输入信号改进所述传递率函数，确定改进后的路径传递率函数矩阵；

10、根据所述改进后的路径传递率函数矩阵，确定每条传递路径的贡献量，识别所述振动信号的主要传递路径。

11、可选的，对所述输入信号进行改造，生成改造后的输入信号，具体包括：

12、利用奇异值分解技术以及主成分分析方法消除所述输入信号中的干扰信号，生成改造后的输入信号；所述改造后的输入信号为已去除干扰信号的输入信号。

13、可选的，根据所述改造后的输入信号和采集的各个轴承处的输出信号计算所述目标输入点到响应输出点的路径传递率函数矩阵，具体包括：

14、基于所述目标输入点到所述响应输出点的传递率，确定所述改造后的输入信号和采集的各个轴承处的输出信号之间的关系矩阵；

15、采用逆矩阵法对所述关系矩阵进行处理，确定所述目标输入点到响应输出点的路径传递率函数矩阵。

16、可选的，所述路径传递率函数矩阵t为：t＝(xhx)-1xhy＝x+y；

17、其中，xh为输入信号矩阵x的共轭转置矩阵，x+为输入信号矩阵x的广义逆矩阵；y为采集的各个轴承处的输出信号。

18、可选的，所述改进后的路径传递函数t*为：t*＝vs*-1uty；其中，v为第一酉矩阵，u为第二酉矩阵，s*为改进后的输入信号的奇异值矩阵；y为采集的各个轴承处的输出信号。

19、可选的，根据所述改造后的输入信号和采集的各个轴承处的输出信号计算所述目标输入点到响应输出点的路径传递率函数矩阵，之后还包括：

20、根据所述改进后的路径传递函数，利用工况路径传递方法模拟合成各个轴承处的输出信号。

21、可选的，对于任一条随频率变化的传递函数，在两个频率区间之间的路径总贡献量ξ为：其中，hi(f)为随频率变化的传递函数；xi(f)为目标输入点的第i个输入信号，f为频率变量；f1为起始频率；f2为结束频率；m为输入信号的激励个数。

22、一种齿轮传动系统的振动信号传递路径识别系统，包括：

23、传递路径确定模块，用于基于齿轮传动系统动力学模型，确定目标输入点、响应输出点以及所述目标输入点至所述响应输出点之间的传递路径；

24、振动信号路径传递分析模型建立模块，用于根据所述目标输入点，所述响应输出点以及所述传递路径建立振动信号路径传递分析模型；

25、输入信号确定模块，用于基于所述振动信号路径传递分析模型，选择所需工况进行仿真分析，在输入源施加输入信号；所述输入信号为信号源的振动信号；所述振动信号为振动位移信号；

26、改造模块，用于对所述输入信号进行改造，生成改造后的输入信号；

27、路径传递率函数矩阵计算模块，用于根据所述改造后的输入信号和采集的各个轴承处的输出信号计算所述目标输入点到响应输出点的路径传递率函数矩阵；

28、改进模块，用于根据所述改造后的输入信号改进所述传递率函数，确定改进后的路径传递率函数矩阵；

29、主要传递路径识别模块，用于根据所述改进后的路径传递率函数矩阵，确定每条传递路径的贡献量，识别所述振动信号的主要传递路径。

30、一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述齿轮传动系统的振动信号传递路径识别方法。

31、可选的，所述存储器为非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述齿轮传动系统的振动信号传递路径识别方法。

32、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明实施例基于齿轮传动系统动力学模型确定目标输入点、响应输出点以及所述目标输入点至所述响应输出点之间的传递路径，以建立振动信号路径传递分析模型，选择所需工况进行仿真分析，在输入源施加输入信号，对输入信号进行改造，并根据改造后的输入信号和采集的各个轴承处的输出信号计算目标输入点到响应输出点的路径传递率函数矩阵，确定每条传递路径的贡献量以精准识别出振动信号的主要传递路径，从而能够准确规划传感器的具备安装位置，进而精准检测齿轮传动系统的故障。

技术特征：

1.一种齿轮传动系统的振动信号传递路径识别方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的齿轮传动系统的振动信号传递路径识别方法，其特征在于，对所述输入信号进行改造，生成改造后的输入信号，具体包括：

3.根据权利要求2所述的齿轮传动系统的振动信号传递路径识别方法，其特征在于，根据所述改造后的输入信号和采集的各个轴承处的输出信号计算所述目标输入点到响应输出点的路径传递率函数矩阵，具体包括：

4.根据权利要求3所述的齿轮传动系统的振动信号传递路径识别方法，其特征在于，所述路径传递率函数矩阵t为：t＝(xhx)-1xhy＝x+y；

5.根据权利要求3所述的齿轮传动系统的振动信号传递路径识别方法，其特征在于，所述改进后的路径传递函数t*为：t*＝vs*-1uty；其中，v为第一酉矩阵，u为第二酉矩阵，s*为改进后的输入信号的奇异值矩阵；y为采集的各个轴承处的输出信号。

6.根据权利要求5所述的齿轮传动系统的振动信号传递路径识别方法，其特征在于，根据所述改造后的输入信号和采集的各个轴承处的输出信号计算所述目标输入点到响应输出点的路径传递率函数矩阵，之后还包括：

7.根据权利要求1所述的齿轮传动系统的振动信号传递路径识别方法，其特征在于，对于任一条随频率变化的传递函数，在两个频率区间之间的路径总贡献量ξ为：其中，hi(f)为随频率变化的传递函数；xi(f)为目标输入点的第i个输入信号，f为频率变量；f1为起始频率；f2为结束频率；m为输入信号的激励个数。

8.一种齿轮传动系统的振动信号传递路径识别系统，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行如权利要求1-7中任一项所述的齿轮传动系统的振动信号传递路径识别方法。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述存储器为非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的齿轮传动系统的振动信号传递路径识别方法。

技术总结
本发明提供了一种齿轮传动系统的振动信号传递路径识别方法、系统及设备，涉及齿轮传动振动信号传递领域，该方法包括：基于齿轮传动系统动力学模型，根据目标输入点，响应输出点以及传递路径建立振动信号路径传递分析模型，选择所需工况进行仿真分析，在输入源施加输入信号；对输入信号进行改造，生成改造后的输入信号；根据改造后的输入信号和采集的各个轴承处的输出信号计算目标输入点到响应输出点的路径传递率函数矩阵，以确定改进后的路径传递率函数矩阵；根据改进后的路径传递率函数矩阵，确定每条传递路径的贡献量，识别振动信号的主要传递路径。本发明能够精准识别出振动信号的主要传递路径。

技术研发人员：高普,刘辉,严琦,陈科,杨汇斌,颜克宇,解云坤,焦佳新
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5