循環(huán)平穩(wěn)和解調(diào)頻技術(shù)在故障診斷中的研究和應(yīng)用.pdf

1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械周期性運(yùn)行方式使得所產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)具有一定的循環(huán)平穩(wěn)性，因此利用循環(huán)平穩(wěn)分析方法能夠提取出平穩(wěn)假設(shè)下所不能得到的隱藏的故障特征信息。利用齒輪箱中齒輪和軸承故障時(shí)振動(dòng)信號(hào)的循環(huán)平穩(wěn)特性的差異，建立齒輪箱的齒輪和軸承綜合故障診斷方法是本文研究工作的重點(diǎn)。為了利用循環(huán)平穩(wěn)分析方法，對(duì)描述循環(huán)平穩(wěn)特征的循環(huán)統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行詳細(xì)地研究是非常必要的。 由于循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)的非平穩(wěn)特性，循環(huán)平穩(wěn)統(tǒng)計(jì)量的估計(jì)值與信號(hào)的時(shí)間起點(diǎn)密切相關(guān)，也就是說(shuō)在

2、計(jì)算循環(huán)自相關(guān)函數(shù)時(shí)，選擇不同的時(shí)延方式將會(huì)得到不同的計(jì)算結(jié)果，同時(shí)也會(huì)影響譜相關(guān)函數(shù)的頻移方式，這種狀況的出現(xiàn)導(dǎo)致了循環(huán)平穩(wěn)信息的多樣性。因此本文推導(dǎo)了不同形式譜相關(guān)函數(shù)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以便從不同的譜相關(guān)函數(shù)中提取出唯一的循環(huán)平穩(wěn)信息。 時(shí)域的離散化必然會(huì)導(dǎo)致循環(huán)自相關(guān)函數(shù)在循環(huán)頻率域的周期化，由于均方帶限信號(hào)的時(shí)延二次變換在時(shí)間變量上的帶寬是原信號(hào)的兩倍，因此對(duì)于剛好滿足Nyquist采樣定理的離散信號(hào)，其循環(huán)自相關(guān)函數(shù)在循環(huán)

3、頻率域?qū)⒉豢杀苊獾匕l(fā)生混迭。然而周期化后的譜相關(guān)函數(shù)則表現(xiàn)為分布在頻率和循環(huán)頻率譜相關(guān)平面上的獨(dú)立菱形區(qū)域，不會(huì)發(fā)生混迭?；谝陨戏治?，提出了對(duì)譜相關(guān)函數(shù)的菱形支撐區(qū)進(jìn)行逆Fourier變換的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)的無(wú)混迭算法，解決了直接利用離散信號(hào)所引起的混迭問(wèn)題。 本文在證明了循環(huán)周期圖是一無(wú)偏非一致估計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步證明了時(shí)域平均和頻域平滑對(duì)循環(huán)周期圖的影響。從而發(fā)現(xiàn)，由于估計(jì)樣本的有限性，對(duì)于含加性平穩(wěn)噪聲的周期信號(hào)(一階循環(huán)

4、平穩(wěn))，譜相關(guān)函數(shù)在循環(huán)頻率域并不能完全抑制平穩(wěn)噪聲對(duì)周期成分的影響。功率譜和譜相關(guān)函數(shù)在處理這類信號(hào)時(shí)將會(huì)得到幾乎相近的信噪比(譜圖中周期成分與背景噪聲能量的比值)，利用譜相關(guān)函數(shù)并不會(huì)比功率譜更加有效。 通過(guò)分析齒輪箱中齒輪和軸承的運(yùn)行機(jī)理，發(fā)現(xiàn)齒輪故障所引起的齒輪箱振動(dòng)信號(hào)具有一階循環(huán)平穩(wěn)特性，而軸承故障所引起的齒輪箱振動(dòng)信號(hào)卻具有二階循環(huán)平穩(wěn)特性。從循環(huán)平穩(wěn)與純循環(huán)平穩(wěn)理論的研究中發(fā)現(xiàn)，為了有效地抽取信號(hào)的循環(huán)平穩(wěn)特性，

5、必須剔除所有低階循環(huán)平穩(wěn)以排除干擾。將這一思路用在齒輪箱故障診斷中，提出了齒輪箱的齒輪和軸承綜合故障診斷方法。利用自適應(yīng)譜線增強(qiáng)器(或同步平均)將齒輪箱振動(dòng)信號(hào)中的一階循環(huán)平穩(wěn)成分提取出來(lái)，將其能量的改變作為齒輪箱中齒輪故障的判斷依據(jù)，對(duì)自適應(yīng)譜線增強(qiáng)器的殘余信號(hào)再利用循環(huán)自適應(yīng)濾波器，抽取出其中的二階循環(huán)平穩(wěn)分量，則作為齒輪箱中軸承故障的判據(jù)，從而達(dá)到有效地確定齒輪箱中齒輪和軸承故障狀態(tài)的目的。 本文在詳細(xì)分析了決定調(diào)頻信號(hào)的

6、邊頻帶分布的第一類Bessel函數(shù)基本性質(zhì)的基礎(chǔ)上，對(duì)調(diào)頻調(diào)幅現(xiàn)象共存時(shí)信號(hào)調(diào)制邊帶的非對(duì)稱分布進(jìn)行了理論上的解釋，確定了調(diào)頻調(diào)幅在各種混合模式下信號(hào)調(diào)制邊帶對(duì)稱分布的條件。并找到了平方解調(diào)方法不能對(duì)調(diào)頻信號(hào)解調(diào)的根本原因--調(diào)頻信號(hào)的所有間隔相等的兩邊頻的復(fù)幅值乘積之和等于零。為了克服常規(guī)的解調(diào)方法不能處理調(diào)頻信號(hào)的這一缺陷，必須打破調(diào)頻信號(hào)邊帶的特殊性，為此本文提出基于時(shí)延二次非線性的相關(guān)域和循環(huán)相關(guān)域解調(diào)頻分析方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)頻信