基于時(shí)-頻分析的虛擬式旋轉(zhuǎn)機(jī)械特征分析儀系統(tǒng)的研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械在機(jī)械裝備中占有舉足輕重的地位，它們大多為生產(chǎn)企業(yè)中的關(guān)鍵設(shè)備，因此，保證旋轉(zhuǎn)機(jī)械的安全可靠運(yùn)行對(duì)企業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)有重要的意義。旋轉(zhuǎn)機(jī)械特征分析是旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測(cè)的重要組成部分，其中的振動(dòng)測(cè)試方法又是特征分析的主要手段，而特征信息提取技術(shù)的高低主要取決于相應(yīng)測(cè)試儀器的分析功能。目前的測(cè)試儀器對(duì)平穩(wěn)振動(dòng)信號(hào)有比較成熟和完善的測(cè)試和分析手段，但在對(duì)以升、降速過程為代表的旋轉(zhuǎn)機(jī)械非平穩(wěn)振動(dòng)信號(hào)的特征提取方面還缺乏完善而有效的分

2、析功能，這也意味著現(xiàn)有測(cè)試儀器在旋轉(zhuǎn)機(jī)械非平穩(wěn)振動(dòng)信號(hào)的分析上還不能很好地適應(yīng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的高速化、精密化和自動(dòng)化的發(fā)展需要。因此迫切需要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)行補(bǔ)充和完善，并增加新的分析功能。 本文在對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障特征、傳統(tǒng)特征分析方法和非平穩(wěn)信號(hào)的時(shí)頻分析技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹的基礎(chǔ)上，將時(shí)頻分析技術(shù)引入旋轉(zhuǎn)機(jī)械特征分析領(lǐng)域；同時(shí)，對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械特征分析的主要手段——階比分析技術(shù)進(jìn)行了深入研究，利用信號(hào)的瞬時(shí)頻率與旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系提出

3、了實(shí)現(xiàn)階比分析的嶄新途徑，并在工程實(shí)踐中證明了這一途徑的正確性。 在課題研究中提出了基于瞬時(shí)頻率估計(jì)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械階比跟蹤方法，該方法用時(shí)頻分析技術(shù)中的峰值搜索方法直接從原始振動(dòng)信號(hào)中獲得旋轉(zhuǎn)機(jī)械多分量振動(dòng)信號(hào)中與轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)頻率估計(jì)，并通過曲線擬合的方法獲得瞬時(shí)轉(zhuǎn)速曲線，最后實(shí)現(xiàn)了階比分析中的階比跟蹤采樣，成功解決了原來階比跟蹤方法中存在的需要轉(zhuǎn)速計(jì)、鑒相裝置等專門輔助硬件設(shè)備和由此產(chǎn)生的復(fù)雜安裝要求等問題，使階比分析實(shí)現(xiàn)途徑

4、得以簡(jiǎn)化，并降低了階比分析的使用成本。 通過對(duì)階比跟蹤濾波方法進(jìn)行了深入研究，針對(duì)原有硬件方法中存在的需要轉(zhuǎn)速計(jì)、跟蹤濾波器等專門硬件輔助設(shè)備和計(jì)算階比跟蹤濾波中使用分塊數(shù)字濾波會(huì)產(chǎn)生的邊沿效應(yīng)問題，提出了基瞬時(shí)頻率估計(jì)和零相位數(shù)字濾波的階比跟蹤濾波方法。該方法是對(duì)現(xiàn)有方法的發(fā)展和補(bǔ)充。 研究并實(shí)現(xiàn)了基于時(shí)頻濾波的階比分量提取。該技術(shù)采用了時(shí)頻分析中的Gabor變換，可有效地對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)中的階比分量信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)提取

5、，使對(duì)選定的階比分量進(jìn)行單獨(dú)分析提供了可能。 基于以上研究成果，在實(shí)現(xiàn)了無需轉(zhuǎn)速計(jì)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械階比分析，包括：階比譜分析、階比譜陣、跟蹤階比譜和階比分量提取等。這些分析功能的簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)機(jī)械特征分析儀器的成功開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。 開發(fā)出虛擬式旋轉(zhuǎn)機(jī)械特征分析儀。該特征分析儀具有時(shí)頻分析功能和基于研究成果的階比分析功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械非平穩(wěn)信號(hào)特征信息的有效提取和分析，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)儀器在非平穩(wěn)信號(hào)分析方面的不足，顯示了虛擬儀器