基于NLSTFT与TSA相结合的风电齿轮箱故障诊断

王祖达; 陈坚钢; 吴荣根; 张震; 蔡海洋; 孙国栋

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2021.11.027

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基于NLSTFT与TSA相结合的风电齿轮箱故障诊断

开发应用 | 更新时间：2022-11-10

- 基于NLSTFT与TSA相结合的风电齿轮箱故障诊断
- Fault Diagnosis of Wind Turbine Gearbox based on Non-linear Short-time Fourier Transform and Time-domain Synchronization Average
- 机械传动 2021年45卷第11期页码：172-176
- 作者机构：
  
  1.浙江省风力发电技术重点实验室，浙江杭州 310000
  2.浙江运达风电股份有限公司，浙江杭州 310000
  3.南京航空航天大学自动化学院，江苏南京 211106
- 作者简介：
  
  王祖达（1992— ），男，安徽阜阳人，硕士研究生；研究方向为旋转机械状态监测及故障诊断技术。
- 基金信息：
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2021.11.027
  中图分类号：
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王祖达,陈坚钢,吴荣根等.基于NLSTFT与TSA相结合的风电齿轮箱故障诊断[J].机械传动,2021,45(11):172-176.

Wang Zuda,Chen Jian'gang,Wu Ronggen,et al.Fault Diagnosis of Wind Turbine Gearbox based on Non-linear Short-time Fourier Transform and Time-domain Synchronization Average[J].Journal of Mechanical Transmission,2021,45(11):172-176.
王祖达,陈坚钢,吴荣根等.基于NLSTFT与TSA相结合的风电齿轮箱故障诊断[J].机械传动,2021,45(11):172-176. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.11.027.

Wang Zuda,Chen Jian'gang,Wu Ronggen,et al.Fault Diagnosis of Wind Turbine Gearbox based on Non-linear Short-time Fourier Transform and Time-domain Synchronization Average[J].Journal of Mechanical Transmission,2021,45(11):172-176. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.11.027.

摘要

针对变工况风电齿轮箱振动信号存在频谱频率模糊问题，以及传统时域同步平均方法需要键相信号及转速稳定要求。提出了一种不需要键相信号可跟踪变转速振动信号瞬时频率的时域同步平均方法。该方法通过非线性短时傅里叶变换（Non-linear short-time fourier transform，NLSTFT）获取变转速齿轮箱振动信号瞬时频率曲线，积分得到瞬时相位曲线；根据瞬时相位对原始信号进行角域重采样，获得阶次信号；最后对阶次信号进行TSA处理进行齿轮故障诊断。以某机组的齿轮箱实测数据，有效地验证了所提方法在风电齿轮箱故障诊断中的有效性及工程实用性。

Abstract

In view of the problem of ambiguity in the frequency spectrum of the vibration signal of the wind power gearbox under variable working conditions，and the traditional time-domain synchronous averaging method，the key phase signal and speed stability requirements are required. A time-domain synchronous averaging method that can track the instantaneous frequency of variable-speed vibration signals without key phase signals is proposed. This method uses non-linear short-time Fourier transform（NLSTFT） to obtain the instantaneous frequency curve of the variable speed gearbox vibration signal，and integrates to obtain the instantaneous phase curve. Resample the original signal in the angular domain according to the instantaneous phase to obtain the order signal. Finally，the order signal is processed by TSA for gear fault diagnosis. Based on the measured data of the gearbox of a unit，the validity and engineering practicability of the proposed method in the fault diagnosis of wind power gearbox are effectively verified.

关键词

非线性短时傅里叶变换瞬时频率齿轮箱角域重采样时域同步平均故障诊断

Keywords

Non-linear short-time Fourier transformInstantaneous frequencyGearboxAngular domain resamplingTime-domain synchronization averageFault diagnosis

references

BRAUN S.The extraction of periodic waveform by time domain averaging［J］.Acustica，1975，32（2）：69-77.

MCFADDEN P D.A revised model for the extraction of periodic waveform by time-domain averaging［J］.Mechanical Systems and Signal Processing，1987，1（1）：83-95.

李杰，赵建民.基于时域同步平均与分离技术的齿轮箱振动信号混沌特性验证［J］.机械传动，2018，42（7）：162-167.

LI Jie，ZHAO Jianmin.Chaotic characteristic verification of gearbox vibration signal based on the time synchronous averaging and separation technology［J］.Journal of Mechanical Transmission，2018，42（7）：162-167.

CANDES E J，CHAELTON P R，HELGASON H.Detecting highly oscillatory signals by chirplet path pursuit［J］.Applied and Computational Harmonic Analysis，2007，24（1）：14-40．

李蓉，于德介，陈向民，等.基于线调频小波路径追踪算法与EEMD的齿轮箱复合故障诊断方法［J］.振动与冲击，2014，33（3）：51-56.

LI Rong，YU Dejie，CHEN Xiangmin，et al.A compound fault diagnosis method for gearboxs based on chirpletpath pursuit and EEMD［J］.Journal of Vibration and Shock，2014，33（3）：51-56.

陈向民，于德介，罗洁思.基于线调频小波路径追踪阶比循环平稳解调的齿轮故障诊断［J］.机械工程学报，2012，48（3）：95-101.

CHEN Xiangmin，YU Dejie，LUO Jiesi.Gear tooth fault diagnosis by using order cyclostationary demodulating approach based on chirplet path pursuit［J］.Journal of Mechanical Engineering，2012，48（3）：95-101.

刘东东，程卫东，温伟刚.基于线调频小波路径追踪和逐步解调滤波的滚动轴承故障诊断［J］.振动与冲击，2019，38（11）：88-94.

LIU Dongdong，CHENG Weidong，WEN Weigang，Rolling element bearing fault diagnosis based on CPP and stepwise demodulation filtering［J］.Journal of Vibration and Shock，2019，38（11）：88-94.

张西宁，吴婷婷，徐进杰，等.变转速齿轮箱振动信号监测的无键相时域同步平均方法［J］.西安交通大学学报，2012，46（6）：111-114.

ZHANG Xining，WU Tingting，XU Jinjie，et al.Time-domain synchronous average method without key-phase signal for vibration monitoring of variable speed gearbox［J］.Journal of Xi'an Jiaotong University，2012，46（6）：111-114.

郭瑜，秦树人，汤宝平，等.基于瞬时频率估计的旋转机械阶比跟踪［J］.机械工程学报，2003（3）：32-36.

GUO Yu，QIN Shuren，TANG Baoping，et al.Order tracking of rotating machinery based on instantaneous frequency estimation［J］.Journal of Mechanical Engineering，2003（3）：32-36.

包文杰，涂晓彤，李富才，等.参数化的短时傅里叶变换及齿轮箱故障诊断［J］.振动.测试与诊断，2020，40（2）：272-277.

BAO Wenjie，TU Xiaotong，LI Fucai，et al.The adaptive short-time fourier transform method based on fast path optimization and its application for fault diagnosis of planetary gearbox［J］.Journal of Vibration，Measurement & Diagnosis，2020，40（2）：272-277.

张东，冯志鹏.迭代广义短时Fourier变换在行星齿轮箱故障诊断中的应用［J］.工程科学学报，2017，39（4）：604-610.

ZHANG Dong，FENG Zhipeng.Application of iterative generalized short-time fourier transform to fault diagnosis of planetary gearboxes［J］.Chinese Journal of Engineering，2017，39（4）：604-610.

YU G，ZHOU Y Q.General linear chirplet transform［J］.Mechanical Systems and Signal Processing，2016：958-973.

王友仁，王俊，黄海安.基于非线性短时傅里叶变换阶次跟踪的变速行星齿轮箱故障诊断［J］.中国机械工程，2018，29（14）：1688-1695.

WANG Youren，WANG Jun，HUANG Haian.Fault diagnosis of planetary gearboxes based on NLSTFT order tracking under variable speed conditions［J］.China Mechanical Engineering，2018，29（14）：1688-1695.

茆弘民.基于瞬时频率估计的阶次分析方法研究及其在顶管机齿轮箱故障监测中的应用［D］.合肥：合肥工业大学，2019：14-15.

MAO Hongmin.Research on order analysis method based on instantaneous frequency estimation and its application in fault monitoring of pipe jacking machine gearbox［D］.Hefei：Hefei University of Technology，2019：14-15.

吴雪明，于德介，陈向民.基于自适应线调频基原子分解的时域同步平均方法及其在变转速齿轮故障诊断中的应用［J］.中国机械工程，2012，23（10）：1205-1212.

WU Xueming，YU Dejie，CHEN Xiangmin.A time synchronous average method based on adaptive chirplet atomic decomposition and its application in gear fault diagnosis with large rotating speed variation［J］.China Mechanical Engineering，2012，23（10）：1205-1212.

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