基于MATLAB的轴承故障动力学模型：从仿真到真实数据的鸿沟跨越

基于MATLAB的轴承故障动力学模型：从仿真到真实数据的鸿沟跨越

摘要

本文首先回顾了经典的轴承故障动力学模型，指出了其在模拟真实故障信号时，特别是在包络谱特征上存在的不足。这些不足主要包括：对系统阻尼和冲击响应宽度的简化、对背景噪声和非平稳工况的忽视、以及对故障演化过程的静态假设。随后，本文提出了一系列改进策略，包括引入更复杂的非线性振动模型、基于物理的噪声注入、传递函数卷积以及生成对抗网络（GAN）的数据增强方法。最后，通过一个完整的深度学习分类案例，对比了改进前后模型所生成数据在分类任务上的性能表现，证明了所提方案的有效性。

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第一章：问题根源——经典轴承故障动力学模型为何“失真”

在构建解决方案之前，我们必须深刻理解传统模型失真的原因。

1.1 经典模型回顾：Lumped-Mass Model

最经典的轴承故障振动模型通常是一个单自由度或两自由度的弹簧-质量-阻尼系统。当滚动体划过故障点时，会产生一个周期性的冲击力。

MATLAB 实现示例（简化版）：

function [vibration_signal