轴承matlab处理程序.docx
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轴承matlab处理程序
轴承matlab处理程序
1．数据导入matlab
1.1启动Matlab软件
1.2点击载入故障数据中的G2015，Workspace窗口出现：
1.3取第一组数据G201，命令窗口输入：
G201=G2015（1:
1:
20000）;
2.数据预处理
在测试中由数据采集所得的原始信号，在分析前需要进行预处理，以提高数据的可靠性和真实性，并检查信号的随机性，以便正确地选择分析处理方法。
预处理工作主要包括三个方面：
一是除去信号中的外界干扰信号和剔除异常数据，如趋势项和异点；二是对原始数据进行适当的平滑或拟合；三是对原始信号的特性进行检验。
当然这些处理工作不是全部必需的，可以选—项或两项内容，当认为原始信号获取工作十分可靠或原始数据简单可以直接判断的情况下，也可以不进行这些预处理工作。
以下所做数据预处理，故障轴承以G201为例，正常轴承以Z201为例，观察原始数据经过不同方法做处理前后的变化。
1.1零均值化处理（原理公式见报告P8）
命令窗口输入：
G201l=G201-sum（G201）/20000;%G201l为零均值处理后的数据。
“20000”为采样点数。
sum为求和语句
subplot（2,1,1）,plot（G201）;subplot（2,1,2）,plot（G201l）;%显示G201与G201l
得到下面图形：
从时域图形上看，是波形整体在Y轴的平移。
再看看频域变化，命令窗口输入：
N=20000;%采样点数
fs=10000;%采样频率
f=（0:
N-1）'*fs/N;%进行对应的频率转换
G201p=abs（fft（G201））;%进行fft变换，G201p为G201进行fft变换后结果
G201lp=abs（fft（G201l））;%进行fft变换，G201lp为G201l进行fft变换后结果
subplot（2,1,1）,plot（f（1:
N/2）,G201p（1:
N/2））;subplot（2,1,2）,plot（f（1:
N/2）,G201lp（1:
N/2））;%显示G201与G201p的频谱图
得到下面图形：
从频域图可以明显看出，零均值后消除处出现一个由直流分量产生的大谱峰（将近达到），处理后避免了其对周围小峰值产生的负面影响，便于频域分析。
1.2消除趋势项（原理公式见报告P10）
使用最小二乘法，命令窗口输入：
t=（0:
1/fs:
（N-1）/fs）';%离散时间列向量
G201x=polyfit（t,G201,6）;%计算多项式待定系数向量
G201x=G201-polyval（G201x,t）;%用G201减去多项式系数生成的趋势项,G201x即为消除趋势项后的数据
subplot（2,1,1）,plot（G201）;subplot（2,1,2）,plot（G201x）;%显示G201与G201x
得到以下图形：
与前面零均值化处理中做频域图的方法一样，做出G201与G201x的频谱图G201p与G201xp，得到图形如下：
从时域图形和频域图形上看，消除趋势项与零均值化处理的功能相似。
不过，需要注意的是，它更重要的消除趋势项，因为本数据中的多项式趋势项很小，所以没有明显的变化。
1.3平滑处理（原理公式见报告P11）
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（2,1,1）,plot（G201）;subplot（2,1,2）,plot（G201ph）;%显示G201与G201ph
得到以下图形：
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（2,1,1）,plot（G201）;subplot（2,1,2）,plot（G201lb）;%显示G201与G201lb
得到以下图形：
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）
命令窗口输入：
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
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