轴承matlab处理程序Word格式文档下载.docx

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使用五点三次平滑，命令窗口输入：

a=G201'

fork=1:

2

b

（1）=（69*a

（1）+4*（a

（2）+a（4））-6*a（3）-a（5））/70;

b

（2）=（2*（a

（1）+a（5））+27*a

（2）+12*a（3）-8*a（4））/35;

forj=3:

N-2

b（j）=（-3*（a（j-2）+a（j+2））+12*（a（j-1）+a（j+1））+17*a（j））/35;

end

b（N-1）=（2*（a（N）+a（N-4））+27*a（N-1）+12*a（N-2）-8*a（N-3））/35;

b（N）=（69*a（N）+4*（a（N-1）+a（N-3））-6*a（N-2）-a（N-4））/70;

a=b;

end

G201ph=a'

%G201ph为五点三次平滑法处理的数据

subplot（2,1,2）,plot（G201ph）;

%显示G201与G201ph

与前面零均值化处理中做频域图的方法一样，做出G201与G201ph的频谱图G201p与G201php，得到图形如下：

从时域图形上看，平滑处理使图形变得平滑，去除毛刺，从频域图形上看，高频部分明显变少变小，而低频部分基本无变化。

因为故障的频率主要集中在低中频部分，这样处理后不仅对故障的分析无影响，而且去除部分噪音，减少干扰。

1.4滤波处理（原理公式见报告P13）

%使用巴特沃斯滤波器进行滤波，命令窗口输入：

wp=2400;

%通带截至频率2400hz

ws=2800;

%阻带截至频率2800hz

rp=2;

%通带波动系数

rs=60;

%阻带波动系数

[N,wn]=buttord（wp/（fs/2）,ws/（fs/2）,rp,rs,'

z'

）;

%建立巴特沃斯滤波器

[num,den]=butter（N,wn）;

%建立数字滤波器

[H,W]=freqz（num,den）;

%分析滤波器的幅频特性

plot（W*fs/（2*pi）,abs（H））;

grid;

%巴特沃斯滤波器频率响应图

得到巴特沃斯滤波器频率响应图：

继续输入：

G201lb=filtfilt（num,den,G201）;

%G201lb为G201滤波后的数据

subplot（2,1,2）,plot（G201lb）;

%显示G201与G201lb

与前面零均值化处理中做频域图的方法一样，做出G201与G201lb的频谱图G201p与G201lbp，得到图形如下：

在时域内不能明显的看出处理前后的区别。

但从频域图可以看出，2500Hz后的频率几乎不存在。

因为低通滤波器的通带截至频率为2400hz，阻带截至频率为2800hz。

可见滤波效果是很好的。

以上介绍了一些数据预处理的方法，鉴于本文采集的原始信号数据较好，故只做零均值化这一项处理。

3．时域特征值提取（原理公式见P15）

G201m=sum（G201l）/20000;

%G201m为均值，G201l为零均值化处理后结果，下同

G201f=sum（（G201l-G201m）.^2）;

%G201f为方差

G201rms=sqrt（sum（G201l.^2）/20000）;

%G201rms均方根值

G201peak=（max（G201l）-min（G201l））/2;

%G201peak为峰值

G201c=G201peak/G201rms;

%G201c为峰值因子

G201k=sum（G201l.^4）/（（G201rms.^4）*20000）;

%G201k为峭度系数

G201s=（G201rms*20000）/sum（abs（G201l））;

%G201s为波形因子

G201cl=G201peak/（sum（sqrt（abs（G201l）））/20000）.^2;

%G201cl裕度因子

G201i=（G201peak*20000）/sum（abs（G201l））;

%G201i脉冲因子

由此得到G201的时域特征值

根据前述方法一次得到G202~G2010，Z201~Z2010的时域特征值，建立表格

状态

样本

时域特征值

均值（

）

方差

均方根值RMS

峰值peak

峭度系数K

峰值因子C

裕度因子CL

脉冲因子I

波形因子S

故障轴承

G201

6.8522

2340.80

0.3421

2.2701

13.3234

6.6357

18.2259

12.4649

1.8785

G202

22.3452

2605.74

0.3610

2.3549

14.2170

6.5242

18.8212

12.6277

1.9355

G203

-32.3854

2902.36

0.3809

2.4886

13.5320

6.5326

18.9323

12.6360

1.9343

G204

15.3290

2630.68

0.3627

2.4803

13.8756

6.8388

19.0288

12.9644

1.8957

G205

15.8944

2510.69

0.3543

2.3379

13.2632

6.5985

18.5740

12.5271

1.8985

G206

-3.7363

2647.01

0.3638

2.3936

13.5382

6.5793

18.2408

12.4295

1.8892

G207

-2.0675

2379.66

0.3449

2.2871

12.3882

6.6305

17.5623

12.1190

1.8278

G208

-4.5102

2548.62

0.3570

2.4512

14.0457

6.8666

19.8195

13.2839

1.9346

G209

8.0880

2496.80

0.3533

2.3371

12.6304

6.6146

17.3757

12.0823

1.8266

G2010

4.4080

2871.86

0.3789

2.3167

11.7417

6.1138

16.9134

11.3866

1.8625

正常轴承

Z201

5.2419

1940.06

0.3115

1.5850

4.3203

5.0889

8.1828

6.7397

1.3244

Z202

27.7179

1805.18

0.3004

1.5030

4.4684

5.0027

8.0612

6.6351

1.3263

Z203

-23.9824

1698.73

0.2914

1.3764

4.6255

4.7228

7.7033

6.3155

1.3372

Z204

2.5821

1677.68

0.2896

1.7399

4.8859

6.0073

9.6808

7.9770

1.3279

Z205

3.4274

1890.52

0.3075

1.5231

4.5035

4.9539

7.9403

6.5522

1.3226

Z206

28.4233

1688.29

0.2905

1.3247

3.9282

4.5594

7.2148

5.9647

1.3082

Z207

16.6702

1629.54

0.2854

1.4618

4.5880

5.1213

8.2338

6.7921

1.3262

Z208

-17.6965

1605.22

0.2833

1.3490

4.4366

4.7618

7.6770

6.3201

1.3272

Z209

20.4848

1714.37

0.2928

1.4573

4.6610

4.9774

8.0983

6.6466

1.3354

Z2010

-4.0320

1790.06

0.2992

1.6877

5.1908

5.6412

9.3795

7.6467

1.3555

列出时域参数的数字表后可以简单分析，故障轴承和正常轴承在方差，峰值，峭度系数，裕度因子，脉冲因子，波形因子差别较为明显，而在均值，均方根值，峰值因子差别不明显。

4．频域特征值提取（原理公式见P18）

4.1频域参数

fori=2:

20000

G201g（i）=（G201l（i）-G201l（i-1））/（1/10000）;

G201gg（i）=G201g（i）*G201l（i）;

G201msf=（sum（（G201g）.^2））/（4*（pi^2）*sum（G201l.^2））;

%G201msf为均方频率

G201fc=（sum（G201gg））/（2*pi*sum（G201l.^2））;

%G201fc重心频率

G201vf=G201msf-G201fc.^2;

%G201vf为频率方差

由此得到G201l的频域参数。

频域参数

重心频率

频率方差

均方频率

727.4390

768683.0900

1297850.5751

732.7359

755254.2402

1292156.1458

783.7554

830793.7149

1445066.2883

772.6559

858228.7434

1455225.8325

708.5887

743009.3845

1245107.3676

807.0247

876652.1313

1527941.0240

776.6448

825242.1517

1428419.3696

752.5714

842258.3010

1408621.9914

839.0520

952037.6514

1656045.8589

774.6435

842014.2850

1442086.8989

1947.7204

6177234.3816

9970849.1539

2063.4476

6752047.5896

11009863.5570

2124.7889

6969666.4435

11484394.4028

2129.9819

7038297.6616

11575120.4785

2049.5272

6681185.6000

10881747.3107

2047.9791

6659325.1708

10853543.6293

2151.6996

7045509.3320

11675320.4950

2181.3990

7213367.4335

11971868.8764

2171.5092

7046245.8915

11761698.1452

2088.4724

6637350.7777

10999067.8211

从上表可以看出，频域参数的特征值重复性和差异性都是比较良好的。

4.2傅里叶变换（原理公式见P20）

将G201l和Z201l（Z201l为Z201零均值化后数据）的fft变换后的G201lp与Z201lp做出，程序如下：

G201lp=abs（fft（G201l,16384））;

G201lp=G201lp（1:

8192,1）;

Z201lp=abs（fft（Z201l,16384））;

Z201lp=Z201lp（1:

subplot（2,1,1）,plot（G201lp）;

subplot（2,1,2）,plot（Z201lp）;

如下图所示：

能够区分两个状态且能代表自己频谱的区域有：

点（326，1）、区域（2560～3000）、点（3278，1）、区域（6310~6646）、区域（6850~7300）用

标记。

对故障轴承数据随机抽取G202fft、G206fft、G207fft、G209fft数据对比图形如下：

从故障轴承抽样数据对比图形可以看出，各个特征值的性重复较好。

对正常轴承数据随机抽取Z203fft、Z204fft、Z206fft、Z208fft数据对比图形如下：

图3-12正常轴承重复性FFT谱

从正常轴承抽样数据对比图形可以看出，各个特征值的性重复较好。

利用以下程序将G201~G2010，Z201~Z2010的傅里叶变换特征值与特征区域提取出来：

G201ffttz=[G201lp（326,1）,sum（G201lp（2560:

3000,1））,G201lp（3278,1）,sum（G201lp（6310:

6646,1））,sum（G201lp（6850:

7300,1））];

%G201ffttz为G201l进行fft变换后提取的特征值

建立表格：

FFT频域特征值

（326，1）

（2560：

3000，1）

（3278，1）

（6310：

6646，1）

（6850：

7300，1）

24.0370

16457.4591

223.4111

5511.6023

5070.6419

36.1318

15337.1272

216.3505

5283.4564

5046.5340

28.2671

18178.6398

213.6201

5642.9205

11.1246

163.9869

5662.4984

5687.7720

114.0399

16154.9008

168.2039

5562.4298

5151.0799

36.9351

19195.7369

179.8281

5528.2613

6344.3349

11.4629

18551.4539

162.5642

5491.6241

5443.5653

141.1385

15024.3193

148.2590

5700.0494

5710.0924

37.4586

20519.3069

148.7093

5955.7815

6390.3742

92.7402

20333.6468

138.5370

6092.2449

5809.4190

247.1716

10356.3888

8.2110

15539.7691

11057.7255

179.1598

10083.4336

27.4943

14772.3720

10632.8833

187.5852

10018.7181

6.2269

15396.4913

10692.6573

212.9235

9502.5877

17.2084

15035.7169

10475.6605

132.3277

10125.0714

18.6699

15691.3139

11033.8520

210.8356

10029.6034

17.6392

15133.5896

10612.5788

205.1529

10220.0559

18.7119

14764.7557

10577.8874

227.1720

10414.9020

20.9440

14186.3542

11097.2232

173.4568

10161.3688

10.4170

15232.0201

10877.8867

198.6173

10366.7437

6.8624

15144.1329

11205.6632

4.3功率谱处理（（原理公式见P22）

采用Welch平均周期法，采样频率为10000Hz，长度为16384点，分段时每段长度为4096，相邻两段重叠的点数为2048，因此分成了7段，窗函数为缺省。

命令窗口输入以下程序：

[p,f]=spectrum（G201l,4096,2048,[],fs）;

G201gl=p（:

1）;

%采用Welch平均周期法，G201功率谱处理结果

将G201gl和Z201gl显示出来，得到：

点（82，1）、区域（660～739）、点（820，1）、点（1473,1）、点（1616,1）、点（1639，1）点（1778，1）。

对故障轴承数据随机抽取G202gl、G204gl、G206gl、G208gl数据对比图形如下：

图3-14故障轴承重复性功率谱

对正常轴承数据随机抽取Z203gl、Z204gl、Z209gl、Z2010gl数据对比图形如下：

图3-15正常轴承重复性功率谱

将G201~G2010，Z201~Z2010的傅里叶变换特征值与特征区域提取出来，建立表格：

Welch平均周期法功率谱特征值

（82，1）

（820，1）

（1473,1）

（1616,1）

（1639，1）

（1778，1）

（660：

739，1）

0.3643

0.5665

0.2145

0.0179

0.0431

0.0087

8.8665

0.2351

0.5068

0.1865

0.0246

0.0441

0.0128

10.8937

0.2684

0.5291

0.1229

0.0115

0.0353

0.0110

12.0233

0.2700

0.3499

0.0768

0.0156

0.0660

0.0080

10.2235

0.4258

0.3692

0.1348

0.0452

0.0091

9.7017

0.2295

0.4123

0.1189

0.0126

0.0869

0.0147

14.1895

0.1516

0.3213

0.0227

0.0163

0.0439

0.0065

11.9705

0.2976

0.2878

0.0474

0.0130

0.0517

0.0074

7.6765

0.2195

0.3290

0.1001

0.0217

0.0319

0.0094

15.106

0.3630

0.2887

0.1571

0.0251

0.0468

0.0114

13.565

0.6538

1.2296

1.3105

0.2427

3.8739

0.3668

0.0187

0.0117

1.4303

2.3120

0.3131

3.5024

0.4774

0.0068

0.0097

1.2764

1.4431

0.2682

3.4486

0.5658

0.0160

1.446