基于GST的譜峭度法及其在滾動軸承故障診斷中的應用

摘 要：在分析基于短時傅里葉變換、基于Morlet小波變換和基于Wigner-Ville分布的譜峭度法的基礎上，文章研究了一種基于廣義S變換（GST）的譜峭度法，通過GST計算信號的譜峭度，選出最佳包絡信號，并結合頻譜分析來自動進行滾動軸承故障診斷。模擬故障信號和實車測試信號分析驗證了基于GST的譜峭度法的有效性。

關鍵詞：滾動軸承；故障診斷；譜峭度法；廣義S變換

前言

共振解調法又稱包絡分析法，是滾動軸承故障診斷中應用較有效的方法。共振解調法的關鍵是共振頻帶的選擇，即帶通濾波器的中心頻率及帶寬的確定。譜峭度法是目前研究較為活躍的自適應選取共振頻帶方法。法國學者Jerome Antoni系統定義了譜峭度，提出了基于短時傅里葉變換（STFT）的譜峭度估計方法，并將其應用于滾動軸承的故障診斷中，驗證了譜峭度法的有效性[2，4]。N. Sawalhi和石林鎖分別提出了基于Morlet小波變換的譜峭度法[5]和基于Wigner-Ville分布（WVD）的譜峭度法[6]。

STFT一旦選定窗函數及其時寬，則在整個時間-頻率平面上時頻分辨率均相同，這并非對所有非平穩信號都適合。小波變換由于相位局部化導致各頻率相位基準不同，使其分析結果失去物理意義。WVD是一種二次型（雙線型）時頻表示，其時頻分辨率較高，但存在相干項干擾。S變換（S-Transform，簡稱ST）[7]是對連續小波變換（CWT）和STFT的一種組合和延伸。如果將窗函數推廣為任意可變形狀的一般函數，這時所得到的ST統稱為廣義S變換（Generalized S-transform，簡稱GST）。與STFT相比，GST的的分析窗隨頻率而變化，具有和小波變換相似的時頻分辨特性；……