振動(dòng)信號(hào)的包絡(luò)解調(diào)分析方法研究及應(yīng)用.pdf

1、本文以機(jī)械故障振動(dòng)信號(hào)的包絡(luò)解調(diào)方法為研究對(duì)象，在分別回顧現(xiàn)有包絡(luò)解調(diào)方法的原理、特點(diǎn)及存在的問(wèn)題基礎(chǔ)上(如Hilbert變換、廣義檢波濾波、能量算子以及基于循環(huán)平穩(wěn)和經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的解調(diào)方法等)，運(yùn)用解析小波變換、S變換和隨機(jī)共振理論，著重研究了周期或幾乎周期調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)解調(diào)新方法，期望所提出的方法具有良好的抗噪聲能力。 解析小波是復(fù)小波，由于其實(shí)部和虛部可構(gòu)成Hilbert變換對(duì)，因此常用于故障振動(dòng)信號(hào)的包絡(luò)提取，其中的Mo

2、rlet小波最常用。在闡述了解析小波頻譜為一實(shí)值函數(shù)是其實(shí)部和虛部構(gòu)成Hilbert變換對(duì)的一個(gè)充分條件后，論證了“這類(lèi)解析小波變換系數(shù)的實(shí)部和虛部同樣構(gòu)成Hilbert變換對(duì)”的結(jié)論。由此直接推知，諧波小波、諧波組合小波也屬于這類(lèi)解析小波，其對(duì)信號(hào)的變換可用于提取信號(hào)的包絡(luò)。在這些基礎(chǔ)上，提出了一種基于諧波組合小波變換的周期調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)解調(diào)方法，該方法通過(guò)諧波組合小波變換簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)了信號(hào)梳狀濾波和包絡(luò)解調(diào)的統(tǒng)一。由于它基于信號(hào)的梳狀

3、濾波，顯然比基于帶通濾波的包絡(luò)解調(diào)方法(包括Morlet小波方法)具有更好的抗噪聲能力，可得到簡(jiǎn)明的解調(diào)譜特征。 S變換是同時(shí)具有連續(xù)小波變換和短時(shí)傅里葉變換特征的一種新的時(shí)頻局域分析方法。它與一個(gè)特定的連續(xù)Morlet小波變換有著內(nèi)在聯(lián)系，是對(duì)該Morlet小波變換結(jié)果的相位校正?；谡瓗д{(diào)幅信號(hào)的S變換時(shí)頻譜的切片是該信號(hào)包絡(luò)的事實(shí)，提出用奇異值分解的周期性檢測(cè)方法，在S變換時(shí)頻譜中檢測(cè)周期調(diào)幅信號(hào)的特征頻率，并對(duì)含有周期或

4、幾乎周期分量的切片(即包絡(luò))用奇異值分解提取該分量，從而實(shí)現(xiàn)周期調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)解調(diào)分析。由于奇異值分解的周期或幾乎周期分量檢測(cè)方法在抗噪聲能力上優(yōu)于頻譜和自相關(guān)函數(shù)分析，又該方法從含有干擾分量的切片中直接提純周期調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)，因此它適用于強(qiáng)噪聲干擾下周期調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)解調(diào)分析。 隨機(jī)共振在微弱信號(hào)的增強(qiáng)放大和檢測(cè)方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合雙穩(wěn)系統(tǒng)隨機(jī)共振效應(yīng)和常用的包絡(luò)解調(diào)方法，提出了增強(qiáng)放大微弱的低頻調(diào)制信號(hào)，在解調(diào)譜中識(shí)別低

5、頻調(diào)制頻率的方法。通過(guò)調(diào)節(jié)計(jì)算步長(zhǎng)和雙穩(wěn)系統(tǒng)形狀參數(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了直接增強(qiáng)放大弱的低頻調(diào)制信號(hào)，而不是高頻載波信號(hào)。為獲得較好的隨機(jī)共振效果，采用自動(dòng)搜索確定最佳計(jì)算步長(zhǎng)和雙穩(wěn)系統(tǒng)形狀參數(shù)的策略。由仿真和實(shí)測(cè)的弱周期調(diào)制信號(hào)分析可知，所提出方法對(duì)于低頻周期調(diào)制信號(hào)的解調(diào)譜分析效果明顯優(yōu)于FFT譜分析和常用解調(diào)方法。 以上所提出的周期或幾乎周期調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)解調(diào)新方法，通過(guò)信號(hào)仿真以及用于齒輪和滾動(dòng)軸承故障實(shí)測(cè)振動(dòng)信號(hào)的分析，證實(shí)了