基于Matlab的轴承故障诊断系统设计-上海第二工业大学.doc

基于Matlab的轴承故障诊断系统设计 戴虹 （上海第二工业大学 计算机与信息工程学院，上海 201209） 摘 要:采用atlab编程轴承故障诊断(2)轴承振动信号的波形显示。(3)轴承振动信号的功率谱分析。(4)基于Hilbert变换的故障特征频率检测，据此判断故障类型。用轴承振动信号进行结果表明：可准确地轴承故障atlab;数字信号处理;轴承故障诊断;Hilbert变换;图形用户界面 Design of Bearing Fault Diagnosis System Based on Matlab DAI Hong (Shanghai Polytechnic University, College of Computer and information Engineering, Shanghai 201209) 【Abstract】A graphical user interface (GUI) system for bearing fault diagnosis is realized by Matlab programming. The function of the system is: (1) The computation of the theoretical fault characteristic frequency. (2) The waveform of the bearing vibration signal. (3) Power spectrum analysis of bearing vibration signal. (4) The fault characteristic frequency detection based on Hilbert Transform, which the fault type is decided. Detections by the system using the real bearing vibration signals is implemented, results show that the system can identify the bearing outer ring and inner ring fault accurately, and the design process can be used as a teaching case in the course of DSP. 【Key words】Matlab;bearing fault diagnosis;Hilbert transform; Graphical User Interface(GUI) 1 引言 滚动轴承是旋转机械的关键部件，容易发生损坏，30%的旋转机械故障是由滚动轴承故障引起的[1],对轴承故障进行检测保证设备可靠运行。出现疲劳、、等故障时，，采用数字信号处理(Digital signal processing,DSP)技术对此振动信号进行故障诊断，Matlab是由美国The MathWorks公司的分析软件,图形用户界面(GUI)设计工具编程界面十分友好,用户可快速地构建自己专业的系统界面并进行算法仿真。 利用matlab软件编程实现了一个便于在计算机上操作的轴承故障诊断图形用户界面(GUI)系统，并轴承振动信号在该系统上进行判断轴承的故障类型。 2.1故障轴承频率滚动轴承外圈、内圈、滚动体和保持架,当按以下公式计算故障轴承频率[3]： 外圈： (1) 内圈: (2) 其中：f0和f 1外圈/内圈故障频率；Z滚动体数； f d滚动体直径;E节径;α接触角。 2.2基于的轴承故障诊断 f0或f 1对轴承固有频率进行调制的现象，因此它是一种调幅信号，可采用Hilbert变换进行包络解调设f(t)=a(t)cos(2πfmt),其中：(t)故障信号；fm—轴承固有频率。信号f(t)的Hilbert变换 ，其中”*”为卷积运算， 而的傅里叶变换为[4]：FT()=-jsgn(ω)，对做傅里叶变换得： (3) 因此，Hilbert变换的结果是使原信号的相位平移了90度，则：。称s(t)=f(t)+j为f(t)的“解析信号”，则其幅度 |s(t)|=(t)。再对其进行功率谱分析，功率谱中幅度最大处的频率即故障特征频率根据及公式(1)(2)来判断轴承故障的类型3.1 系统界面设计为了程序操作方便，采用matlab中的用户图形界面(Graphical User InterfaceGUI)设计功能设计了一个基于matlab的电机轴承故障诊断系统，其界面如图1所示，包括