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自适应非线性BSS及其在齿轮故障诊断中的应用

2012-09-08王晓伟石林锁

振动与冲击 2012年10期
关键词:故障诊断振动信号

王晓伟,石林锁

(第二炮兵工程大学 502教研室,西安 710025)

盲信号处理(Blind Source Separation,BSS)是指在未知源信号和传输通道参数的情况下,仅由传感器阵列获得的观测信号恢复出各源信号的过程。其在无线通信、雷达信号处理、地质勘探和生物医学信号检测方面有着广泛的应用前景和价值[1],近年来也越来越广泛地应用于机械设备状态监测和故障诊断中[2-3]。

当前应用盲信号处理技术进行机械故障诊断,绝大部分是假设源信号是线性混叠的,然而在实际中非线性的情况是广泛存在的[4],混叠模型更多的情况应该是非线性或者弱非线性的。传统的非线性盲信号处理算法的学习速率是固定的[5-6],学习速率选择的过大或过小,都将影响算法收敛的精度和速度。最佳分离结果通常对应于目标函数的极值点,然而目标函数通常存在很多的局部极小值点,这就会导致算法在局部极小值点收敛,从而陷入局部最优解,难以获得全局最优解。

本文将模拟退火算法与基于核函数的非线性盲处理算法相结合,提出一种基于核函数的自适应非线性盲处理算法,以提高非线性盲信号处理的收敛精度和全局寻优能力,进而提高信号特征提取的效果。通过仿真和实测齿轮箱振动信号的实验,表明与传统的非线性盲处理算法相比,该算法具有更好的消噪和信号特征提取能力。

1 非线性BSS问题

设源信号 s=[s1(t),s2(t),s3(t),…,sN(t)]T零均值统计独立,则非线性瞬时混合模型可表示为[7]:

式中:x(t)=(x1(t),x2(t),x3(t),…,xM(t))T为传感器测得的M维数据向量,f(·)为未知的可逆实值非线性混合函数,n(t)是与源信号统计独立的加性信号。……

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